Меню

Преобразовательный агрегат трехфазного тока

Трехфазный инвертор

Инверторные устройства используются в самых различных областях. В большинстве случаев, это однофазные приборы, работающие по классическим схемам. Однако, возникают ситуации, когда необходимо обеспечить электроэнергией асинхронный двигатель от аккумуляторной батареи или просто получить трехфазный ток для специфических нужд. И здесь на выручку приходит трехфазный инвертор с увеличенным числом электронных управляемых ключей, преобразующий постоянный ток в трехфазный переменный с требуемыми характеристиками.

  1. Где применяется
  2. Разновидности трехфазных инверторов
  3. Как работает 3-х фазный инвертор
  4. Схема подключения
  5. Различия между одно- и трехфазными инверторами

Где применяется

Область применения трехфазных инверторов достаточно большая, а в некоторых случаях без них просто невозможно обойтись. Управление электродвигателями будет гораздо эффективнее, когда используются модифицированные современные трехфазные инверторные устройства. Они включаются в общую схему с одно- и трехфазными асинхронными двигателями, коллекторными агрегатами, а также с трехфазными двигателями постоянного тока.

Трехфазный инвертор

Для управления разными типами двигателей используются свои режимы, поддерживаемые соответствующим программным обеспечением. Это дает возможность подключать практически любые двигатели в обмотках которых имеется от 1 до 3 фаз. В виде исключения можно отметить конструкцию биполярных двухфазных шаговых двигателей, оборудованных двумя независимыми обмотками.

В состав комплектующих такого инвертора входит основная плата управления, входы и выходы питания, а также интерфейс для ввода необходимых данных и вывода текущих показаний на дисплей или табло. Довольно часто управления осуществляется с помощью компьютера. Подключение инвертора выполняется через специальный разъем, установленный на плате.

В современных инверторах управления предусмотрен демонстрационный режим, при котором поочередно запускается показ основных функций – пуска и остановки, изменения скорости и реверса. Для переключений между функциями предусмотрены 4 кнопки, расположенные на плате.

Разновидности трехфазных инверторов

По своим параметрам, характеристикам и предназначению все виды преобразователей можно условно разделить на несколько групп.

В первую очередь, они могут быть автономными или зависимыми. В первом случае постоянный ток преобразуется в переменный, где частоту определяет система управления, а характеристики выходного напряжения тесно связаны с параметрами нагрузки. Зависимые устройства выдают ток, определяемый частотой местной сети, с постоянными значениями. В автономных приборах возможны плавные изменения напряжения от нуля до наибольшей допустимой величины. Поэтому такие инверторы чаще всего используются в различных схемах.

Существует дополнительная классификация автономных инверторов в соответствии с его схемой, способами принудительной коммутации, параметрами нагрузки и источников питания. Они могут быть автономными инверторами тока – АИТ или напряжения – АИН, а также резонансными – АИР.

В соответствии с количеством токовых коммутаций, трехфазный инвертор бывает одно- или двухступенчатым. В первом случае ток нагрузки сразу поступает к тиристору, включающемуся в работу, а во втором происходит изначальное переключение нагрузки на вспомогательную цепь, и лишь потом она переходит в основную. Если в схеме используются тиристоры, рассчитанные только на одну операцию, в нее могут быть дополнительно включены узлы принудительной коммутации.

Как работает 3-х фазный инвертор

В состав силовой части трехфазного инвертора входят транзисторные ключи с маркировкой от VT1 до VT6 в количестве шести элементов и диоды обратного тока VD1–VD6, также шесть штук. Диоды соединяются в общий мост и подключаются параллельно с источником питания.

Силовая трёхфазная цепь инверторов может быть построена разными способами. При постоянной структуре цепи, подача управляющих сигналов происходит одновременно сразу к трем силовым транзисторам. Таким образом, ее структура остается неизменной. В случае использования переменной структуры, количество транзисторов для подачи управляющих сигналов нередко бывает менее трех.

Продолжительность переключений, выполняемых транзисторными ключами и частота напряжения на выходе, зависит от используемой системы управления. В интервале, включающем в себя один период, переключения на выходе транзисторов анодной и катодной групп может происходить от одного до множества раз.

Конфигурация тока на выходе получается в соответствии с характеристиками нагрузки. Если нагрузка активно-индуктивная, получается форма в виде ломаной кривой, разделенной на четыре части, расположенные на половине периода. Эффект от токовой нагрузки определяется интегрированием наиболее характерных участков токовой кривой. Необходимая форма нагрузки, в том числе и синусоидальная, получается при многократном включении и отключении управляемых вентилей в пределах одного периода.

Регулировка выходного напряжения в инверторе осуществляется при помощи широтно-импульсной модуляции – ШИМ. Сформированная модуляция в виде прямоугольника, получила название широтно-импульсного регулирования – ШИР. Такое регулирование выходного напряжения выполняется за счет изменяющейся продолжительности подключения нагрузки к источнику питания. Данная схема применяется в момент паузы между импульсами, когда происходит запирание двух одинаковых силовых транзисторов.

В случае групповых переключений в нагрузочном напряжении возникает определенная пауза. Это происходит при изменении током своего знака в тот момент, когда два транзистора начинают запираться. Если же ток к этому времени не изменит своего знака или нагрузка окажется слишком продолжительной, то формирования паузы в напряжении на выходе не получится. При использовании ШИР, структура тока и напряжения на выходе в диапазоне малых частот и напряжений, значительно ухудшается. Для того чтобы избежать этого негативного явления, ШИР приходится выполнять на действующих несущих частотах.

Схема подключения

Подключение трехфазного инвертора в качестве примера можно рассмотреть в общей связке с электродвигателем. На представленном ниже рисунке обозначен двигатель М, работающий под управлением ключей V1 – V6. Все полупроводники для более наглядного отображения представлены как обычные механические контакты. Для питания используется постоянное напряжение Ud, поступающее из выпрямителя, не отмеченного на схеме. Ключи 1, 3, 5 относятся к верхним, а три ключа 2, 4, 6 – к нижним.

Верхние и нижние ключи никогда не открываются одновременно, во избежание короткого замыкания. Схема будет нормально работать, когда нижний ключ открывается, а верхний к этому времени уже находится в закрытом состоянии. Для формирования этой паузы используются контроллеры.

Продолжительность паузы должна гарантировать, чтобы силовые транзисторы закрывались своевременно. При недостаточности этого временного промежутка, верхний и нижний ключи могут одновременно открыться на очень короткое время. Это крайне нежелательно и не должно происходить систематически, поскольку выходные транзисторы сильно нагреваются и быстро выйдут из строя. Подобная ситуация известна как сквозные токи.

Существует гальваническая связь между нижними и верхними ключами и с управляющим устройством. Подача сигнала управления выполняется через резисторы непосредственно к составному транзистору, выполняющему функции драйвера нижнего ключа. У верхних ключей отсутствует гальваническая связь с элементом управления и с общим проводником. Поэтому для более эффективного управления к верхнему составному транзистору помимо драйвера дополнительно устанавливается оптрон. Питание верхних ключей производится от отдельных выпрямителей, каждый из которых подключен к собственной обмотке трансформатора.

Различия между одно- и трехфазными инверторами

Существуют принципиальные отличия однофазного от трехфазного инвертора. В основном они связаны с их конструктивными особенностями. Это наглядно видно на примере устройств, используемых с солнечными батареями. Схема однофазного инвертора использует 1 или 2 трекера МРРТ, выполняющих слежение за максимальной отметкой мощности панели.

Далее в цепь включается инвертор, выполняющий преобразование тока и синхронизирующий его с сетью. Электроэнергия, полученная от этого инвертора, поступает непосредственно в сеть. К каждому трекеру подключается своя солнечная панель. При наличии двух трекеров можно подключить на выбор 1 или сразу 2.

Трехфазный инвертор напряжения может иметь в своей схеме от 1 до 4 трекеров, в зависимости от мощности каждого преобразователя. Они также выполняют слежение за точкой максимальной мощности и направляют постоянный ток от солнечной панели к входу инвертора. В свою очередь, преобразователь соединяется с сетевыми фазами и синхронизирует их сдвиг на все 3 фазы.

Таким образом, основное отличие между обоими устройствами заключается в разнице распределения полученной энергии. Распределение электричества трехфазным прибором осуществляется равномерно между всеми фазами. Если же для этой цели используется три однофазных инвертора, то выходная мощность каждого из них будет колебаться в соответствии с мощностью, выдаваемой солнечной панелью.

Довольно часто возникает вопрос, что выгоднее использовать, одно- или трехфазный инвертор? Решение принимается индивидуально, исходя из конкретных условий эксплуатации. Несмотря на 1 корпус вместо 3-х, он может оказаться слишком дорогим, поэтому сравнение нужно делать по тем или иным известным моделям. То же самое касается VHHN-трекеров, количества силовых ключей и других важных компонентов.

Схема подключения трехфазного электродвигателя

Что такое инвертор напряжения

Трехфазное реле напряжения

Подключение трехфазного двигателя к трехфазной сети

Источник

Конструкция и параметры преобразовательных трансформаторов

Назначение и виды.
В ряде отраслей промышленности широко применяется постоянный ток: для получения алюминия, магния,цинка, меди, никеля в электролизных установках; для питания
дуговых вакуумных электропечей; в химической промышленности— для получения хлора, водорода, натрия, азотистых веществ,для питания гальванических установок; для электротяги желез-
нодорожного и городского транспорта; для электроустановок с электродвигателями постоянного тока и других промышленных целей. Получение постоянного тока машинным методом (генераторы,
мотор-генераторы) экономически не оправдывается: низкий кпд, большие затраты на монтажные и строительные работы.В настоящее время постоянный ток получают с помощью статических преобразователей переменного тока в постоянный с применением полупроводниковых вентилей: кремниевых и германиевых диодов, в том числе управляемых тиристоров.
Небольшие по мощности выпрямительные устройства подключают непосредственно к сети переменного тока, мощные промышленного назначения — через
специальный силовой преобразовательный трансформатор. Устройство, состоящее из полупроводниковых вентилей и питающего их преобразовательного трансформатора, смонтированных в одном баке, заполненном трансформаторным маслом (или совтолом), составляет преобразовательный агрегат.До широкого применения полупроводниковых вентилей (диодов, тиристоров) в качестве статических преобразователей применялись ионные (ртутные) выпрямители, они сложны и малонадежны в эксплуатации, вредно влияют на организм человека и не экономичны.В настоящее время они полностью вытеснены полупроводниками, лишенными этих недостатков.Преобразовательные трансформаторы по числу фаз вторичных (вентильных) обмоток подразделяют на однофазные, трехфазные, шестифазные и многофазные, с ПБВ и РПН; по виду исполнения — на сухие, масляные и совтоловые. В условное обозначение типов таких трансформаторов входят те же буквы и цифры, что и трансформаторов общего назначения, но с добавлением букв: П — для питания полупроводниковых вентилей (преобразователей); Р — ртутных (ионных) выпрямителей. Если в трансформатор встроен уравнительный реактор, в обозначении присутствует буква У, если трансформатор предназначен для питания вакуумной электропечи постоянного тока — буква В; если для электрифицированного железнодорожного транспорта— Ж; другие буквы характеризуют вид нагрузки. Приведем для примера полное обозначение некоторых преобразовательных трансформаторов:
ТДНП-25000/10-71-УЗ — трехфазный, с дутьевой системой охлаждения, с устройством РПН, преобразователь на полупроводниках, мощность 25000 кВА, класс напряжения 10 кВ, год разработки 1971 г., исполнение У, категория размещения 3;
ТМНП-6300/10 —трехфазный, с естественно-масляным охлаждением, с РПН, преобразователь на полупроводниках, мощность 6300 кВА, класс напряжения 10 кВ;
ТМРУ-4000/10 — трехфазный, с естественно-масляным охлаждением, ртутный преобразователь, с уравнительным реактором.
Преобразовательные агрегаты, имеющие переключающие устройства РПН с плавно-ступенчатым регулированием напряжения или с плавно-бесконтактным регулированием, в обозначениях имеют буквы НП и ППВ соответственно, например, ТМНПВ и ТМППВ.’
Параметры. Мощность преобразовательных трансформаторов, как и электропечных, определяется типовой мощностью. Сухие изготовляют на типовую мощность (10—3200) кВА, совтоловые— (200—2000) кВА; масляные с переключающим устройством ПБВ—(400—20 000) кВА, с РПН — (1600-400000)кВА и большей мощности.
Наибольшая типовая мощность преобразовательного трансформатора в настоящее время достигает 100 000 кВА, а ток -300 кА и более.
В отличие от силовых трансформаторов общего назначения типовая мощность преобразовательных трансформаторов определяется в зависимости от схемы выпрямления по формулам:
♦ Для однофазной двухполупериодной схемы со средней точкой:
-мощность сетевой обмотки S1=I1*U1.ф= 1,11 Рd o, где Рd o — мощность нагрузки на выпрямленном напряжении, равная произведению выпрямленного напряжения на ток нагрузки ( Рdo= Udo*Id);
-мощность вентильной обмотки S2=2E*I2= 1,57 Рd o , где Е — действующее значение эдс вторичной обмотки ( E =1,11 U do),
-типовая (расчетная) мощность трансформатора ST=0,5(S1+S2) = 1,34 Pd o;
♦ Для однофазной мостовой схемы: S1=S2=I1U1 ф = 1,11 Pd о; ST= 0,5(S1+S2) =1.11Pd 0;
♦ Для трехфазной схемы со средней точкой: S1 =3*I1 ф*U1 ф = 1,21 Pd 0 S21,7 Pd 0 ; ST= 0,5(S1+S2) =1,46Pd 0 ;
♦ Для трехфазной мостовой схемы Sт=S1=S2= 1,045 Pd 0 ;
♦ Для шестифазной схемы: S1=I1*U1.ф = 1,045 Pd 0 ; S2=6E*I2 = 1,48 Pd 0 ; ST=0,5(S1+S2) = 1,26 Pd o;

Читайте также:  Презентация электрический ток источники тока электрическая цепь

Источник



Преобразовательные агрегаты

Основным оборудованием преобразовательных агрегатов являются преобразовательные (тяговые) трансформаторы и выпрямители.
Преобразовательные трансформаторы предназначены для питания выпрямителей. От обычных понижающих трансформаторов преобразовательные отличаются схемой соединения вторичных обмоток, наличием уравнительного реактора при схеме «две обратные звезды с уравнительным реактором», специфическими условиями работы: значительными колебаниями токов нагрузки; возможностью пробоя диодов фазы; сравнительно частыми КЗ на землю, коммутационными и атмосферными перенапряжениями. Все эти особенности необходимо учитывать при разработке, выполнении и эксплуатации преобразовательных трансформаторов. Для повышения электродинамической стойкости обмоток трансформаторов в аварийных режимах увеличивают радиальный размер вторичных обмоток, снижают плотность тока в них до 2,5. 3 А/мм 2 вместо 3. 4,5 А/мм 2 для понижающих трансформаторов. Вторичные обмотки выполняют снаружи по отношению к первичным (сетевым) из параллельно соединенных дисковых катушек, которые пресссуются специальными сегментами или кольцами. Такое крепление и компоновка обеспечивает высокую электродинамическую прочность и является более технологичным.

Рис. 1. Двенадцатипулъсовые схемы выпрямления с соединением шестипульсовых схем:
а — последовательное; б — параллельное; виг — диаграммы выпрямленных напряжений; due — диаграммы токов в диодах вторичных обмоток трансформаторов

В эксплуатации находятся различные преобразовательные трансформаторы для шестифазных нулевых схем выпрямления с уравнительным реактором типов ТМПУ-16000/10ЖУ1, ТМПУ- 6300/35ЖУ1 и для трехфазных мостовых — ТДП-12500/10ЖУ1, ТМП — 6300/35ИУ1. Для двенадцатипульсовой схемы на базе трансформатора ТДП-12500/10ЖУ1 разработан преобразовательный трансформатор ТРДП-12500/10ЖУ1. Тип трансформатора расшифровывается так:
Т — трехфазный, М — масляный, Д— с дутьевым охлаждением, р — с расщепленной вторичной обмоткой, П — для полупроводниковых выпрямителей, У — с уравнительным реактором; число после буквенного обозначения — типовая мощность; число через дробь — номинальное напряжение первичной обмотки; Ж — железнодорожный; У — для умеренного климата, 1 — для наружного размещения. Технические характеристики преобразовательных трансформаторов приведены в табл. 1.
Таблица 1.
Параметры преобразовательных трансформаторов

Примечание: ТРДП-12500/10ЖУ1 имеет ном = 2,61 кВ при параллельном соединении мостовых схем выпрямления; С/2ном = 1,305 кВ — при последовательном.
Типовая мощность преобразовательных трансформаторов представляет собой мощность обычного понижающего трансформатора, бак и магнитопровод которого использованы при изготовлении преобразовательного трансформатора. Типовая мощности обычно больше номинальной, так как в бак соответствующей типовой мощности понижающего трансформатора устанавливают магнитопровод с обмотками усиленного крепления и уравнительный реактор.
Первичные обмотки трансформаторов имеют ответвления, с помощью которых, отключив трансформатор, можно изменять его коэффициент трансформации в пределах ± 5%. Переключение ответвлений осуществляется тремя однофазными переключателями без возбуждения (ПБВ), то есть при отключении тока нагрузки. Переключатель имеет три ступени регулирования: положение I соответствует наибольшему, положение II — номинальному и положение III — наименьшему значению напряжения на первичной стороне трансформатора при неизменном напряжении на вторичных обмотках.
Выпрямители на силовых полупроводниковых приборах (СПП) применяются на тяговых подстанциях с 1965 г. В начальный период внедрения выпрямителей на основе СПП было разработано несколько их типов с различными видами охлаждения.
Выпрямители с принудительным воздушным охлаждением типов УВКЭ-1, ПВЭ-2, ПВЭ-3, ПВЭ-ЗМ, ПВК-6 устанавливались в помещениях, а их охлаждение осуществлялось путем подачи воздуха вентиляторами. В первом выпрямителе УВКЭ-1 использовались диоды нелавинного типа В-200-8 в количестве 720 штук. В последующих разработках выпрямителей шли по пути уменьшения количества диодов за счет повышения их класса и применения лавинных диодов ВЛ-200. Наиболее широкое применение на тяговых подстанциях получили выпрямители с естественным воздушным охлаждением в связи с простотой их обслуживания и высокими технико-экономическими показателями.
Выпрямитель типа ПВЭ-5АУ1 (преобразователь выпрямительный для электротяги, модификации 5 А, климатическое исполнение У, для размещения вне помещений) получил в свое время довольно широкое распространение на тяговых подстанциях. Применяются две модификации выпрямителя: для трехфазной мостовой схемы выпрямления и для шестифазной нулевой. В комплект входят: выпрямитель, состоящий из шести шкафов с диодами, шкаф с RС-контурами, шкаф с разрядниками РБК-3 и шкаф с реле земляной защиты.

Рис. 2:
а — шкаф выпрямителя ПВЭ-5АУ1; 6 — расположение в нем блоков диодов с охладителями
На рис. 2, а показан шкаф 11 с диодами 7, соединяемыми в последовательные ветви по 14 штук, расположенных по вертикали по 7 штук с двух сторон шкафа, и по 5 параллельных ветвей. Диоды, типа ВЛ—200 от 10 до 20 класса с охладителями 8 установлены на изоляторах 10, закрепленных на металлическом каркасе 4. Анодный и катодный выводы диодной группы шкафа- фазы соединены с проходными изоляторами А и К, закрепленными на крыше 1. Шкаф двустороннего обслуживания имеет двери 5 с электромагнитными замками 6. В верхней части шкафа имеется диффузор 12, обеспечивающий выход нагретого воздуха наружу и предохраняющий элементы шкафа от атмосферных осадков. Сетки 2 и 9 защищают охлаждающие отверстия. Для осмотров и ремонтных работ шкаф снабжен двумя светильниками 3. Блоки диодов с охладителями расположены в одной вертикальной плоскости (рис. 2, б). Чтобы исключить подогрев охладителей 1 верхних блоков воздухом, нагретым нижними, между соседними рядами охладителей устанавливаются наклонные экраны 2, направляющие поток теплого воздуха в канал между охладителями. Это позволило значительно уменьшить габариты шкафов выпрямителя.
Шкафы выпрямителя устанавливают на открытой части подстанции на железобетонных конструкциях на высоте не менее 1 м от уровня планировки поверхности, что обеспечивает хороший доступ охлаждающего воздуха в шкаф.
Для использования выпрямителя ПВЭ-5АУ1 в составе двенадцатипульсового выпрямительного агрегата последовательного типа с каждой стороны шкафа устанавливают дополнительно по одному горизонтальному ряду диодов с охладителями. Затем на одной стороне шкафа изменяют направление диодов. Одноименные выводы анодные А и катодные К объединяют и подключают к проходным изоляторам. В середине полуфаз устанавливают перемычки, соединяющие все пять ветвей диодов, и подключают их к одной из фаз вторичной обмотки преобразовательного трансформатора. В середине фазы также устанавливают перемычку и подключают ее к катодному выводу. Аноды полуфаз объединяют на анодном выводе. Таким образом, каждый из шести шкафов выпрямителя после реконструкции представляет два плеча мостовой схемы, три шкафа подключаются к одной трехфазной вторичной обмотке трансформатора, а три — к другой. Такая реконструкция ПВЭ-5АУ1 позволяет продлить его работу уже в новых условиях эксплуатации.
Выпрямитель ТПЕД-3150-З,3к-У1 (трехфазный преобразовательный с естественным охлаждением диодный) изготавливается на номинальный ток 3150 А и номинальное напряжение 3,3 кВ для эксплуатации в умеренном климате и предназначается для размещения на открытой части подстанции. Выпрямитель собирается из таблеточных диодов ДЛ133—500—14 (диод лавинный на 500 А 14-го класса) с охладителями, обеспечивающими прижимное усилие за счет прижимного устройства 10 кН. Выпрямитель состоит из шести шкафов, в каждом из которых размещены 48 диодов с охладителями, а также конденсаторы и резисторы. На крыше каждого шкафа размещаются шесть проходных изоляторов, через которые осуществляется подключение к шинам (плюсовой и минусовой) и вторичным обмоткам преобразовательных трансформаторов. Шкафы обслуживаются с двух сторон. Передние и задние двери снабжены механическими замками, замками электромагнитной блокировки и конечными выключателями, обеспечивающими отключение выпрямителя от высокого напряжения при открывании дверей.
Схемы главных электрических соединений выпрямителей зависят от схемы выпрямления. На рис. 3, а показано подключение выводов шкафов выпрямителя при двенадцатипульсовой последовательной схеме. Разрядники, защищающие выпрямитель от перенапряжений, подключаются между выводами вторичных обмоток трансформатора. С выпрямителем последовательного типа комплектуются разрядники РВКУ-1,65 А01. На рис. 3, б показана схема подключения шкафов выпрямителя при двенадцатипульсовой параллельной схеме выпрямления, шкафы которого имеют по четыре вывода на крыше. Шкафы описанной конструкции могут быть использованы и при других схемах выпрямления (шестипульсовых мостовой и нулевой).

Читайте также:  Аккумулятор с 630 пусковым током

Рис. 3. Подключение шкафов выпрямителя ТПЕД-3150-3,3 к:
а — при двенадцатипульсовой последовательной; б — параллельной схеме выпрямления
Результатом дальнейшей разработки выпрямителей этой серии является выпрямитель типа ВТПЕД-3,15к-3,Зк-21-У1 на номинальный ток 3,15 кА и напряжение 3,3 кВ, выполненный на диодах ДЛ153-2000-20 УХЛ2. Диод на ток 2000 А с двумя охладителями представляет собой отдельный блок, теплоотвод от которого осуществляется дистиллированной деарированной водой. Выпрямитель выполняется из 48 блоков (8 штук на фазу), защищается от перенапряжений разрядниками типа РВКУ-3,3 АО 1.
Схема преобразовательного агрегата приведена на рис. 4. Агрегат состоит из преобразовательного (тягового) трансформатора Г типа ТДП-12500/10 ЖУ1 и выпрямителя UD типа ТПЕД-3150- 3,3 к-У1. К шинам РУ-10 кВ преобразователь подключается через выключатель масляный типа ВКЭ-10-20/1000 УЗ или вакуумный ВВЭ-10. К трансформаторам тока ТА, и ТА2 типа ТЛМ-10-1УЗ подключены: амперметр, релейные защиты (МТЗ и токовая осечка), устройства автоматики включения резервного преобразовательного агрегата. Заземляющие ножи QSG, используются для обеспечения безопасности производства ремонтных работ. Трансформатор имеет защиты: газовую (РГ) — от внутренних повреждений, связанных с нарушением изоляции обмоток; от понижения уровня масла, расширителя (РУР); термическую. — от предельного повышения температуры масла (термосигнализаторы ТС, и ТС2).

Рис. 4. Схема преобразовательного агрегата с выпрямителем типа ТПЕД-3150-3,Зк-У1

Выпрямитель UD типа ТПЕД-3150-3,3 к-У1 подключается к вторичной обмотке трансформатора Т, соединенной в «треугольник». Мостовая схема выпрямления, по которой собран преобразовательный агрегат, обеспечивает на шинах 3,3 кВ шеетипульсовое выпрямленное напряжение. Выпрямитель защищается от коммутационных перенапряжений разрядниками FV,, FV2, FVy типа РВКУ- 3,3AO 1, а диодные ветви плеч моста — резисторно-конденсаторными ЛС-контурами, которые также снижают скорость нарастания обратного напряжения, прикладываемого к диодам. К шинам РУ-3,3 кВ выпрямитель подключается быстродействующим выключателем QF и разъединителем QS. Выключатель типа ВАБ-43 (ВАБ-49) защищает выпрямитель и трансформатор от обратных токов, возникающих при пробе изоляции или диодов. Разъединитель типа РВРЗ-1- 10/4000 с приводом типа ПР-ЗУЗ или ПЧ-50 используется при ремонтных работах, а его заземляющий нож QSG кроме заземления выключателя QF и выпрямителя UD обеспечивает разряд конденсаторов С (в комплекте 2 конденсатора) типа ФСТН-16У2 через разрядный резистор R, типа ПЭ-75. Конденсатор С, защищаемый предохранителем FU] типа ПК-1-20/20-20УЗ, служит для отфильтровывания высокочастотных гармоник, возникающих в процессе выпрямления переменного тока, чтобы они не могли распространяться за пределы тяговой подстанции и создавать высокочастотные радиопомехи в тяговой сети. Измерение выпрямленного напряжения и тока преобразователя производятся с помощью вольтметра Р V и амперметра РА. Вольтметр типа М-151 проградуирован в киловольтах (0- 4 кВ) с учетом резистора R3 типа Р-10У, который ограничивает ток в цепи прибора. Защищается вольтметр PV предохранителем F U% типа ПКТН-10УЗ. Амперметр типа М-151 включается в цепь выпрямленного тока с помощью шунтового резистора R 2 и градуируется в килоамперах (0-4 кА).

Включение преобразовательного агрегата под нагрузку производится поочередным включением выключателей QF, со стороны 3,3 кВ и Q со стороны 10 кВ при включенном разъединителе QS (заземляющие ножи QSGl и QSG2 отключены). Защита выпрямителя от пробоя изоляции на контур заземления выпрямителя осуществляет комплект земляной защиты А К, подключаемой к контуру заземления оборудования выпрямителя (шкафы, фланцы изоляторов выпрямителей) и к наружному контуру заземления подстанции. Защита при пробое изоляции действует на отключения выключателей Q и QF со стороны шин 10 и 3,3 кВ.

Источник

Электроснабжение электрифицированных железных дорог — Преобразовательные агрегаты тяговых подстанций

Содержание материала

  • Электроснабжение электрифицированных железных дорог
  • Схема электроснабжения электрифицированных дорог
  • Схемы внешнего электроснабжения тяговых подстанций
  • Нетяговые потребители электрифицированных дорог
  • Классификация электрических станций
  • Электрическое оборудование и схемы соединений электрических станций и подстанций
  • Графики нагрузок электрических установок
  • Электрические сети
  • Энергосистемы
  • Заземление нейтрали в трехфазных системах
  • Классификация тяговых подстанций
  • Преобразовательные агрегаты тяговых подстанций
  • Аппаратура и токоведущие части распределительных устройств тяговых подстанций
  • Заземляющие устройства
  • Релейная защита
  • Собственные нужды тяговых подстанций
  • Конструктивное выполнение тяговых подстанций
  • Организация эксплуатации и техника безопасности на тяговых подстанциях
  • Системы контактной сети
  • Конструкции простой и цепных подвесок
  • Провода и изоляторы контактной сети
  • Схемы и конструкции контактной сети
  • Секционирование и питание контактной сети
  • Поддерживающие конструкции и опоры контактной сети
  • Рельсовые цепи на электрифицированных дорогах
  • Защитные устройства контактной сети
  • Работа устройств контактной сети в условиях эксплуатации
  • Организация эксплуатации и техника безопасности
  • Условия работы системы электроснабжения
  • Параметры тяговых сетей
  • Технико-экономические расчеты системы электроснабжения
  • Блуждающие токи
  • Защита металлических сооружений от блуждающих токов и электрокоррозии
  • Влияние тяговых сетей на линии связи
  • Радиопомехи и методы их снижения

На подстанциях дорог постоянного тока используют преобразовательные установки, собранные из полупроводниковых вентилей с преобразовательными трансформаторами, а на подстанциях дорог переменного тока — однофазные, трехфазные и специальные трансформаторы.
Преобразователи с кремниевыми вентилями на дорогах постоянного тока (рис. 25) начали применять с 1965 г. взамен ртутных. Они обладают высоким к. п. д. (98—99%), просты по конструкции, имеют меньшие потери энергии, позволяют на 60—70% уменьшить площадь закрытой части подстанции и повысить надежность питания тяговой сети.
Преобразователь состоит из комплекта вентилей, размещенных в шкафах, системы охлаждения, аппаратов управления, защиты, сигнализации и контроля, устройств питания собственных нужд и выравнивания тока и напряжения между вентилями и измерительных приборов.

Рис. 25. Неуправляемый диод (а) и управляемый (тиристор) (6) кремниевые вентили; общий вид тиристора с радиатором охлаждения (в):
1— наконечник; 2 — гибкий вывод; 3 — армировочная втулка; 4 — переходная втулка ввода; 5 — стеклянный изолятор; 6 — корпус; 7 — кремниевый элемент; 8 — основание корпуса; 9 — вывод управляющего электрода, 10 — охладитель
На подстанциях эксплуатируют преобразователи с принудительным воздушным охлаждением УВКЭ-1 и ПВЭ-3, с принудительным воздушно-масляным охлаждением ВКМБ-1, с естественным воздушным охлаждением ПВЭ-5, БВКЕ-1, ПВКЁ-2 и ПВКЕ-3. На дорогах, где применяется рекуперативное торможение, устанавливают инверторные и выпрямительно-инверторные преобразователи ВИПЭ. Применяют также преобразователи с автоматическим регулированием выпрямленного напряжения и естественным воздушным охлаждением ПВЭР. Мощность преобразователей УКВЭ-1, ПВЭ-3, ПВЭ-5, БВКМ-1 и ПВКЕ-2 составляет 9900 кВт, а выпрямительно-инверторных ВИПЭ и ПВЭР — 8000— 10 000 кВт.
Преобразовательные агрегаты собирают как по нулевой схеме — две обратные звезды с уравнительным реактором, так и по трехфазной мостовой. Рассмотрим преобразователь ПВЭ-3, собранный по схеме две обратные звезды с уравнительным реактором (рис. 26), который может работать с трансформаторами ТМРУ- 16000/10, ТМПУ-16000/10Ж и др.
Преобразователь ПВЭ-3 состоит из шести вентильных групп—фаз. Каждая фаза содержит 90 лавинных вентилей ВЛ200-8: пять параллельных цепей по 18 вентилей последовательно. Число параллельных ветвей определяется максимальным током выпрямителя и током к. з. (с учетом времени отключения защитой), а число последовательно соединенных вентилей — повторяющимся напряжением в ветви с учетом колебания напряжения в питающей сети. Резисторы Rm служат для выравнивания напряжения между последовательно соединенными вентилями, а резисторы связи Rc — для уменьшения тока небаланса между вентилями. Резисторы Rm и Rc равномерно распределяют напряжение между параллельно включенными вентилями и обеспечивают работу сигнализации при пробое одного или нескольких из них. О пробое вентиля сигнализирует лампа Л.
Защита от перенапряжений осуществляется разрядниками и контурами RC. Разрядники подключают между анодными шинами и нулевым выводом трансформатора, а концы RC — к выводам противофазных вентильных обмоток.

Рис. 26. Электрическая схема полупроводникового преобразователя ПВЭ-3:
К.П — контактный провод; Р — рельс
Конструктивно преобразователь ПВЭ-3 выполнен в двух шкафах с двустворчатыми дверями и застекленными окнами для возможности осмотра сигнальных ламп (рис. 27). Шкафы устанавливают на воздуховод системы охлаждения выпрямителя, мощность двигателя вентилятора 2,2 кВт. Расход энергии на собственные нужды составляет около 25 тыс. кВт-ч в год, что в 6 раз меньше, чем у первых преобразователей УВКЭ-1 равной мощности.

Читайте также:  Ток холостого хода зарядного устройства

Рис. 27. Преобразователь ПВЭ-3:
I — ввод; 2 — дверь; 3 — блок вентилей; 4 — переходные шины; 5 — окно для подключения вентилятора; 6 — общий воздуховод; 7 — основание шкафа; 8 — вывод

Преобразователь ПВЭ-5 состоит из шести шкафов, предназначен для установки на открытом воздухе и не требует принудительной вентиляции. Аналогичные конструкции имеют преобразователи ПВКЕ-2, ПВКЕ-3.
Преобразователь ПВЭ-5 имеет 420 вентилей. Такие преобразователи устанавливают на открытой части тяговой подстанции, они бесшумны в работе, не требуют расхода электроэнергии на собственные нужды, просты и удобны в обслуживании и более надежны в работе.

Преобразователи с масляным ВКМБ и воздушно-масляным охлаждением ВКМВ конструктивно сложнее, а наличие трансформаторного масла удорожает эксплуатацию. Применяют их в тех случаях, когда другие преобразователи использовать невозможно по условиям загрязненности атмосферы.

Рис. 28. Трехфазная мостовая схема выпрямительного агрегата
Преобразовательный агрегат, собранный по трехфазной мостовой схеме (рис. 28), имеет более простой, чем у преобразователя ПВЭ-3 с нулевой схемой, трансформатор ТДП-12500/10Ж (отсутствует уравнительный реактор и утроитель частоты). Общее число вентилей в агрегате такое же, как и в выпрямителе равной мощности, собранном по нулевой схеме.
Необходимость в инверторных агрегатах возникает при применении рекуперативного торможения. Энергия рекуперирующего электровоза может потребляться другими электровозами, работающими в тяговом режиме, а избыток ее можно превращать в тепловую энергию или передавать в первичную питающую сеть переменного тока. Для приема избыточной энергии устанавливают поглощающие резисторы, а для преобразования в переменный ток — выпрямительно-инверторные агрегаты. Чтобы перевести выпрямительный агрегат в инверторный режим, необходимо изменить его полярность, т. е. катод присоединить к рельсу, а среднюю точку трансформатора — к контактной сети, так как при рекуперации направление тока на подстанции изменяется на обратное по сравнению с направлением его в режиме выпрямления.
Использование тиристоров позволяет осуществлять бесконтактное переключение обмоток трансформатора и групп тиристоров при переходе агрегата из одного режима в другой. На стороне постоянного тока переключение производится быстродействующими выключателями, которые одновременно являются и защитой от токов к. з. Переход такого агрегата из режима выпрямления в инверторный и наоборот осуществляется автоматически.
Рассмотрим выпрямительно-инверторный агрегат ВИПЭ-1 на тиристорах (рис. 29). Он подключен к трансформатору ТДПУ-20000/10И, обмотки которого соединены по схеме звезда — две обратные звезды с уравнительным реактором. В преобразователе применены лавинные тиристоры ТЛ2-150-6, которые смонтированы в шести шкафах — фазах, в каждом по шесть параллельных ветвей, фаза содержит девять последовательно соединенных тиристоров в инверторной группе, шесть — в выпрямительной и 15 — в общей группе. Для инвертора необходимо иметь большие фазные напряжения, чем для выпрямителя, поэтому используют дополнительные выводы вторичной обмотки трансформатора.
Переключение из выпрямительного режима в инверторный происходит при снижении нагрузки и повышении напряжения на шинах постоянного тока относительно напряжения переменного тока. Вследствие частых переключений из одного режима в другой (в сутки 50—70 раз) эти агрегаты наиболее подвержены воздействию перенапряжений. Защита от них осуществляется, как и для агрегата ПВЭ-3 (см. рис. 26).
Преобразователь ВИПЭ-1 имеет принудительное воздушное охлаждение. Технические данные преобразователя: Uи=3,3 кВ; Umax=4,0 кВ; ток=2000 А. Допустимая перегрузка в течение 15 мин 3600 А. На подстанциях устанавливают также преобразователи ВИПЭ-2, имеющие более высокую надежность, экономичные и удобные в эксплуатации.

Рис. 29. Принципиальная схема выпрямительно-инверторного агрегата ВИПЭ-1 на тиристорах:
1 и 2 — сглаживающие реакторы; 3 — реактор инвертора; 4 и 5 — БВ соответственно выпрямительного и инверторного режимов

Для регулирования напряжения и его стабилизации используется преобразователь ПВЭР, обеспечивающий бесконтактное регулирование выпрямленного напряжения в пределах 3200—3800 В при изменении тока нагрузки до 3000 А. Преобразователь ПВЭР включает в себя два преобразователя: на неуправляемых и управляемых вентилях (рис. 30). Преобразователь 3 на неуправляемых вентилях со схемой соединения звезда —
две обратные звезды с уравнительным реактором подключен к трансформатору 1, а преобразователь 4 на тиристорах соединен по трехфазной мостовой схеме и подключен к трансформатору 2. Изменением угла регулирования преобразователя на тиристорах система автоматического регулирования обеспечивает заданное напряжение выпрямленного тока.

Рис. 30. Принципиальная схема агрегата ПВЭР с регулированием выпрямленного напряжения:
1 и 2 — трансформаторы; 3 — преобразователь на неуправляемых вентилях; 4 — то же на тиристорах; 5 — помехозащитные реакторы: 5 — реактор для уменьшения
Совершенствование преобразовательных агрегатов осуществляется использованием неуправляемых вентилей на токи 250—300 А и тиристоров на 200—250 А с напряжением переключения 2500 В и выше, переходом на естественное воздушное охлаждение, использованием экономичных трансформаторов и трехфазных мостовых схем. Применение в преобразователях вентилей более высокого класса позволяет уменьшить их количество и габариты преобразователя.
Трансформаторы преобразовательных агрегатов предназначены для питания выпрямительных и выпрямительно-инверторных агрегатов. Они имеют мощность от 1850 до 12 750 кВ-А, напряжение первичной обмотки 6, 10, 35, 110 кВ. По конструкции эти трансформаторы отличаются от промышленных схемой соединения обмоток, размещением и креплением их на сердечниках, а некоторые еще наличием уравнительного реактора. Трансформаторы имеют масляное охлаждение, на каждом сердечнике их размещены одна первичная и две вторичные обмотки (снаружи).
Обозначения типов трансформаторов расшифровываются следующим образом. Например, ТМПУ-16000/ /10Ж; Т — трехфазный, М — с естественным масляным охлаждением, П — для полупроводниковых преобразователей, У — с уравнительным реактором, типовая мощность 16 000 кВ-А, напряжение первичной обмотки 10 кВ, Ж — для электрифицированного железнодорожного транспорта. Типовая мощность представляет собой мощность обычного трансформатора (двухобмоточного), магнитопровод которого использован для тягового трансформатора. Номинальная мощность ТМПУ-16000/10Ж составляет 11 840 кВ-А.
Трансформаторы подстанций дорог однофазного тока применяют различных типов с различными схемами соединения обмоток и разным числом их. Выбор типа трансформатора определяется условиями первичного и тягового электроснабжения, наличием и мощностью районной нагрузки. На железных дорогах СССР используют в основном трехфазные трехобмоточные трансформаторы, включаемые по схеме звезда — звезда — треугольник, типа ТДТНЖ (трехфазный, масляный, с принудительным охлаждением — дутьем, трехобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, для железнодорожного транспорта) мощностью 25, 32, 40 MB-А. Первичное напряжение 110, 150, 220 кВ, вторичное на электрическую тягу 27,5 кВ для районных потребителей 38,5 или 11 кВ.
Для питания только тяговой нагрузки предназначаются трехфазные двухобмоточные трансформаторы ТДГ и ТДНГ со схемой соединения обмоток звезда — треугольник такой же мощности, как и трехобмоточные. Соединение тяговой обмотки треугольником более целесообразно, так как при этом достигается лучшее использование меди обмоток и более пологая внешняя характеристика.
Трансформаторы позволяют регулировать напряжение под нагрузкой на первичной обмотке с изменением числа витков обмотки.
При однофазной тяговой нагрузке неизбежна несимметрия нагрузок фаз питающей трехфазной системы, вследствие чего и напряжение на шинах потребителей трехфазного тока оказывается несимметричным. Несимметрия токов в сети вызывает дополнительные потери энергии, перегрузку ВЛ, силовых трансформаторов и генераторов электростанции, а несимметрия напряжения приводит к дополнительным потерям в трехфазных двигателях, снижению начального вращающегося момента, недопустимому нагреву двигателей. Для симметрирования нагрузок фаз питающей энергосистемы тяговые подстанции присоединяют так, чтобы нагрузка от нескольких подстанций, работающих параллельно, равномерно распределялась по фазам питающих ВЛ (рис. 31).
На всех подстанциях используют трансформаторы одной группы и к рельсу присоединяют один и тот же вывод вторичной обмотки с. При этом более нагруженными будут фазы ас и cb вторичной и соответственно Ат и Ст первичной обмоток трансформатора. Фаза вторичной обмотки, не соединенная с рельсом, и соответственно фаза Вт первичной будут недогружены.
Присоединяя фазу Вт к разным фазам ВЛ на всех подстанциях (на рис. 31 отмечена звездочкой), получим более равномерную нагрузку фаз ВЛ.
Выводы Ат Ст первичной и а и b вторичной обмоток трансформатора присоединяют к фазам ВЛ и к контактной сети в определенной последовательности, чтобы смежные подстанции работали параллельно на тяговую сеть.

Рис. 31. Схема подключения подстанций к ЛЭП и питания тяговой сети на дорогах переменного тока (НВ — нейтральная вставка)

Так, участок тяговой сети I питается от фазы ас вторичных обмоток трансформаторов подстанций 1 к 2 (и фазы АТ первичной) и, следовательно, фазы А линии электропередачи А; аналогично участок II — от фазы бс подстанций 2 и 3, т. е: от фазы В линии электропередачи, и участок III — от фазы ас подстанций 3 и 4, т.е. от фазы С линии электропередачи, и т.д.
При этой схеме и двустороннем питании ВЛ для равномерной ее нагрузки необходим цикл из шести подстанций; три последующие подстанции должны присоединяться к ВЛ в обратном порядке по сравнению с рассмотренной схемой, т. е. 3, 2, 1.
В системе электроснабжения 2X25 кВ (см. рис. 2) используются однофазные тяговые трансформаторы ОРДНЖ 16000/110 (однофазный, с расщепленной вторичной обмоткой, с дутьем, с регулированием напряжения под нагрузкой, для железных дорог) мощностью 16 MB-А и автотрансформаторы АОМНЖ-10000/55/27,5 76
(однофазный, масляный) мощностью 10 MB-А. Симметрирование токов в питающих ВЛ осуществляется так же, как и в системе 25 кВ (см. рис. 31).

Источник