Примеры практического использования тиристорных коммутирующих и регулирующих устройств

Типичным примером построения бесконтактного коммутирующего аппарата является реверсивный тиристорный пускатель серии ПТ, принципиальная схема которого приведена на рис. 3.18 [2]. Напряжение трехфазной питающей сети подается на выводы А, В, С. Нагрузка - асинхронный двигатель - подключается к выводам А, В, С|. Включение пускателя осуществляется выдачей управляющих сигналов на силовые тиристоры. Импульсы управления формируются из анодного напряжения тиристоров. При подаче напряжения на реле Р или Р₂ (при нажатии кнопок «В» или «Я») контакты реле замыкают цепи управления тиристорами, и они включаются, если потенциал анодов вентилей положителен относительно катодов. При переходе тока через нуль тиристор выключается. Импульсы управления поступают синхронно с напряжением сети с длительностью, зависящей от характера нагрузки.

Реверс двигателя осуществляется изменением порядка чередования фаз А и В путем изменения с помощью реле Р и Р₂ цепей формирования управляющих импульсов тиристоров ячеек I, III или II, IV.

Пускатели имеют максимально-токовую защиту и тепловую защиту от перегрузок. Термодатчик тепловой защиты устанавливается на охладителе тиристора. Тепловая защита настраивается на температуру корпуса тиристора 105 °С. Перегрузка фиксируется устройством защиты, которое выдает сигнал на запирание транзисторного ключа в цепи питания реле управления. В результате обмотки реле обесточиваются, контакты в цепях управления тиристорами размыкаются и пускатель отключает нагрузку от сети. Максимально-токовая защита настраивается на (9-10) /_ном-

Важнейшим достоинством тиристорных пускателей является высокая частота включений - до 600 вкл./ч.

Рис. 3.18. Принципиальная схема пускателя

Конструктивно пускатели имеют два исполнения: для взрывобезопасного применения и общепромышленного назначения.

Тиристорные коммутаторы успешно эксплуатируются во многих нефтегазодобывающих объединениях России. Например, тиристорные коммутаторы серии ТК выпускаются на номинальное напряжение от 0,4 до 2,4 кВ и номинальные токи от 90 до 630 А. Коммутаторы предназначены для коммутации электродвигателей сепарационных и погружных насосов нефтяных скважин, могут применяться в приводах станков-качалок везде, где необходимо переключать аппараты большой мощности.

Они обладают рядом преимуществ по сравнению с вакуумными и механическими контакторами: высокой надежностью; отсутствием перенапряжений при выключении, следовательно, экономической эффективностью за счет снижения аварийности электродвигателей; бесконтактной и бесшумной коммутацией; большим ресурсом работы; меньшим потреблением электрической энергии в цепях управления.

В конструктивно-схемном решении коммутаторы представляют собой три одинаковых автономных блока (фазы), осуществляющих коммутацию и защиту от нагрузок в каждой фазе независимо друг от друга (рис. 3.19).

Рис. 3.19. Внешний вид тиристорного коммутатора серии ТК

Тиристорный ключ служит основой для построения регуляторов мощности с широтно-импульсным регулированием. В качестве примера можно привести силовую схему регуляторов типа РМТ, предназначенных для управления трехфазными электропечами. Эти регуляторы выпускаются на мощности 250 и 360 кВт и напряжение 380 В.

Основой силовой схемы являются тиристорно-диодные ячейки (см. рис. 3.20), управляемые сигналами с блока управления и защиты БУЗ [2]. Данный регулятор имеет два вида защит: по управляющим электродам тиристоров и по обмотке управления дистанционного расцепителя. Кроме того, силовые вентили защищены плавкими предохранителями. Тепловая защита реагирует на температуру охладителей тиристоров с помощью терморезисторов.

Рис. 3.20. Силовая схема регулятора мощности электропечей

Бесконтактная тиристорная система регулировки мощности электрокотла представлена на рис. 3.21. Тиристорная схема позволяет регулировать мощность плавно (безступенчато), благодаря чему удаётся с высокой точностью поддерживать заданную температуру воды на выходе из котла и увеличивать срок службы ТЭНов.

Нерегулируемые коммутаторы используются для построения переключателей секций и обмоток силовых трансформаторов и двигателей, сверхбыстродействующих выключателей в сетях переменного тока (при естественной коммутации время выключения - не более 0,01 с, при искусственной - порядка 0,002 с [2]). Кроме того, тиристорные ключи обеспечивают синхронную коммутацию различных нагрузок, например включение синхронных генераторов на параллельную работу.

Широкое применение тиристорные регуляторы получили в системах возбуждения турбогенераторов. Системы возбуждения обеспечивают: пуск и остановку при развороте и торможении от турбины; начальное возбуждение и включение в сеть методом точной синхронизации в нормальных режимах работы и методом самосинхронизации; работу в энергосистеме с нагрузками от холостого хода до номинальной и с допускаемыми для генератора перегрузками; устойчивую работу в переходных режимах и режимах недовозбуждения, допускаемых генератором; форсировку возбуждения и развозбуждения при нарушениях в энергосистеме, вызывающих снижение или увеличение напряжения статора генератора в точке регулирования, и т. д.

Рис.3.21. Тиристорная система регулировки мощности электрокотла

Конструктивно системы возбуждения выполняются в виде шкафов двухстороннего обслуживания со степенью защиты 1Р21 (рис. 3.22). Количество шкафов зависит от мощности системы возбуждения и конкретной привязки к объекту.

Тиристорные коммутаторы с фазовым регулированием широко применяются для управления пуском, частотой вращения, электродинамическим торможением и реверсированием асинхронных и линейных двигателей.

В качестве примера рассмотрим силовую схему станции управления асинхронными двигателями типа БЛЭ на мощность до 7,5 кВт, приведенную на рис. 3.23 [2].

Станция обеспечивает плавный пуск и отключение двигателя с торможением. Для обеспечения безударного пуска АД вручную или дистанционно включается реле Р, замыкая цепи управления тиристоров Т, 7з, Г₄, входящих в несимметричные биполярные ячейки. Одновременно в задатчике интенсивности ЗИ начинается разряд емкости, напряжение на которой является управляющим в системе фазового регулирования тиристоров. В результате происходит плавное изменение углов управления включением тиристоров Т, Т₃, Т₄ от максимального до 0 в течение пуска двигателя. Время пуска регулируется в пределах 1.. .3 с за счет изменения величины разрядного резистора.

Рис. 3.22. Конструктивное выполнение систем возбуждения турбогенераторов

Торможение АД осуществляется при отключении реле Р, образующих цепь для протекания выпрямленного тока через две статорные обмотки двигателя в течение 0,5... 1,2 с, для плавного торможения в ЗИ предусмотрен специальный резистор, с помощью которого плавно изменяются углы управления тиристорами Т_ъ Г₃.

Кроме того, станция управления позволяет регулировать частоту вращения двигателя путем изменения величины питающего напряжения за счет фазового регулирования тиристоров.

В автономных системах электроснабжения (АСЭС), использующих природные возобновляемые энергоресурсы (ветер, потоки воды) в последнее время находят широкое применение вентильные автобалласт- ные системы стабилизации напряжения [6]. Рабочие режимы таких АСЭС регулируются с помощью управления мощностью их электрических нагрузок. Избыточная мощность, генерируемая ветро- или гидроагрегатами, рассеивается на дополнительных «балластных» нагрузках. В качестве балластных целесообразно использовать различные тепловые нагрузки, позволяющие наиболее просто аккумулировать избыточную мощность и обеспечивать теплом и горячей водой бытовые и производственные помещения.

Рис. 3.23. Силовая схема станции управления типа БЛЭ

Схема системы электроснабжения с вентильным регулированием режимов работы показана на рис. 3.24.

Рис. 3.24. АСЭС с вентильным регулированием режимов работы

Генерирующие установки С-С_п обеспечивают электроэнергией нагрузки Н. Избыточная мощность системы преобразуется в тепло на балластной нагрузке БН с помощью тиристорного регулятора мощности РБН. АСЭС работает в установившемся режиме при условии, что генерируемая мощность уравновешивается потребляемой: Н и БН. Это условие обеспечивает регулятор мощности балластной нагрузки, работающий в функции тока нагрузки /„, частоты/или величины напряжения в системе 1/ или в зависимости от определенных комбинаций этих параметров. Тиристорный регулятор может выполняться как с фазовым регулированием, так и в виде коммутатора дозированных балластных нагрузок.

Достоинствами вентильного регулирования режимов работы АСЭС являются:

• • упрощение и удешевление гидро- и ветрогенераторов за счет использования нерегулируемых турбин;
• • повышение качества регулирования напряжения в системе, особенно в динамических режимах, за счет высокого быстродействия тиристорного регулятора мощности, практически исключающего электромеханические и гидромеханические переходные процессы в системе;
• • возможность построения полностью автоматизированных АСЭС, обладающих адаптивными свойствами не только по отношению к величине нагрузки системы, но и к энергии рабочего потока воды или воздуха.

К недостаткам подобных систем можно отнести искажение формы кривых токов и напряжений тиристорным регулятором мощности, особенно при фазовом регулировании тиристоров.

Таким образом, тиристорные коммутирующие и регулирующие устройства переменного тока позволяют создать разнообразные аппараты, обеспечивающие преобразование и распределение электроэнергии в различных целях. Важнейшими преимуществами силовых полупроводниковых устройств являются быстродействие, высокая рабочая частота и целый набор достоинств, связанных с их бесконтактностью.