Инверторы, ведомые сетью

Лекция 22.

Цель лекции: рассмотреть вопросы: характеристики и энергетические показатели инверторов; аварийные режимы работы инверторов.

ХАРАКТЕРИСТИКИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИНВЕРТОРОВ

Регулировочная характеристика. Среднее значение напряжения u_d инвертора без учета влияния угла у для однофазного инвертора

(7,11)

Для трехфазного инвертора

(7,12)

Зависимости (7.11) и (7.12) представляют собой регулировочные характеристики однофазного и трехфазного выпрямительно-инверторных преобразователей. Обобщенная регулировочная характерис­тика (рис. 7.4) отражает регулировочные свойства однофазных и трех­фазных управляемых выпрямителей и ведомых сетью инверторов.

При изменении угла управления от 0 до π/2 преобразователь рабо­тает как выпрямитель, а при изменении α от π/2 до π- δ_min — как инвертор, ведомый сетью.

Входная (внешняя) характеристика. С учетом коммутационных па­дений напряжения [выражения (7.6) и (7.8)] среднее значение напряже­ния инвертора и напряжения холостою хода инвертора [выражения (7.11) и (7.12)]

(7.13)

Зависимость напряжения U_dβ, подводимого от источника постоян­ного тока с ЭДС Е от тока инвертора I_d, называется входной (внеш­ней) характеристикой инвертора. Эти характеристики при р = const типичны для инвертора.

Уравнение входной характеристики инвертора отличается от урав­нения внешней характеристики выпрямителя параметром управления Р и знаком AU^. Коммутационное падение напряжения приводит к тому, что при увеличении тока I_d происходит повышение ЭДС Е и напряжения U Напряжение U противоположно напряжению U_d выпрямителя, что отражается знаком "-" перед выражением.

Графическое изображение входных характеристик представляет се­мейство параллельных прямых для фиксированных значений угла р (рис. 7.5).

Ограничительная характеристика. Повышение тока I_d, как извест­но, сопровождается увеличением угла коммутации у. По этой причине перемещение рабочей точки вправо на входной характеристике при заданном β=const приводит к уменьшению послекоммутационного угла δ. При достижении некоторого тока I_dmax угол δ становится равным минимально допустимому значению δ = δ _тin. При дальней­шем увеличении тока I_d может произойти опрокидывание инвертора.

Следовательно, с уменьшением угла β предел увеличения I_d наступает при меньшем его значении. Прямая δ = δ _тin называется ограничитель­ной характеристикой инвертора. Для обеспечения работы инвертора по ограничительным характеристикам устройствами автоматики за­дается необходимый угол опережения δ = δ _тin+γ в зависимости от значения тока I_d. Такие внешние характеристики называются искусст­венными. В зависимости от закономерности автоматического задания угла β можно получить любой наклон внешней характеристики ин­вертора.

Графически ограничительная характеристика при β = const изобра­жается прямой, имеющей наклон, противоположный наклону внеш­них характеристик выпрямителя.

АВАРИЙНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ИНВЕРТОРОВ

Причиной ава­рийных режимов могут быть нарушения в системе управления (про­пуск одного или всех сигналов управления тиристорами), кратковре­менное снижение напряжения сети переменного тока (увеличение тока и угла коммутации у), пробой одного из тиристоров инверторного моста, сбои в системе автоматического поддержания минимального послекоммутационного угла (угла запаса) δ _min. В результате этих на­рушений в работе происходит опрокидывание инвертора. При опро­кидывании (рис. 7.6, а) тиристор VT4 (см. рис. 7.2) не включается (коммутация VT6 не произошла) и продолжает проводить ток, рабо­тая последовательно с тиристором VT5. После перехода кривой противо-ЭДС сети в положительный полупериод в цепи инвертирования

Рис. 7.6. Схема замеще­ния при опрокидывании (а) и прорыве (б) инвер­тора

начинают действовать согласно ЭДС генератора Е и напряжения сети и_ас. Это приводит к быстрому нарастанию аварийного тока опроки­дывания, превышающего ток коротког о замыкания выпрямителя.

Если включается тиристор в плече, противоположном работающе­му в данный отрезок времени (например, включение VT1 при работа­ющем VT4, см. рис. 7.2, а), то ЭДС генератора Е оказывается замкну­той через два последовательно соединенных проводящих тиристора (рис. 7.6, б). Такой аварийный режим носит название прорыва инвер­тора. При прорыве ток в обмотках трансформатора снижается до нуля по мере израсходования энергии, запасенной в его индуктивных элементах. Аварийный ток определяется ЭДС генератора Е.

Другие виды аварийных режимов при нарушениях в цепи постоян­ного тока или в цепях переменного юка аналогичны ранее рассмот­ренным аварийным режимам в выпрямителях или указанных выше инверторах.

Аварийные токи инверторов. При опрокидывании (см. рис. 7.6, а) можно предположить, что каждая ЭДС действует в цепи независимо. Аварийный ток состоит из периодической составляющей i', создавае­мой ЭДС сети, и апериодической составляющей i", источником кото­рой служит ЭДС генератора. Периодическая составляющая из усло­вия включения цепи на синусоидальное напряжение

(7,20)

Из выражения (7.20) видно, что составляющая /' состоит из сину­соидальной периодической и апериодической с постоянной затухания т составляющих. Апериодическая составляющая тока опрокидывания от ЭДС генератора определяется по выражению

(7,21)

Рис 7.7 Кривые нарастания аварий­ных токов при опрокидывании и про­рыве инвертора

Ток в аварийном контуре при прорыве инвертора (см. рис. 7.6, б) нарастает от своего предаварийного значения l_d (рис. 7.7) под дейст­вием ЭДС генератора по экспоненциальному закону

(7,22)

Для одного и того же преобразователя установившееся значение токов I₀ и I_п характеризуется тем, что I_п > I₀.

Аварийные режимы инвертора являются наиболее тяжелыми и могут вызвать повреждение электрической аппаратуры.

Исследования возможных аварийных токов показали, что в инвер­торах средней и большой мощности они могут достигать 15—40-крат­ного значения номинальных значений тока [19].

Условие самоликвидации опрокидывания инвертора. Включением в цепь инвертора реактора со значительной индуктивностью можно достичь самоликвидации опрокидывания и нормальной работы ин­вертора. Реактор, введенный в цепь постоянного тока инвертора, ограничивает скорость нарастания тока после опрокидывания. Опро­кидывание самоликвидируется в том случае, когда нарастание тока ограничено настолько, что во время очередной коммутации ток в тиристоре успеет уменьшиться до нуля благодаря току короткого замыкания коммутации. При этом после спада тока в аварийном тиристоре до нуля к нему должно быть приложено обратное напря­жение на интервале, достаточном для восстановления управляющей способности.

Для обеспечения такого режима инвертора мощностью 2500 кВт требуется значительная индуктивность реактора (до 100 мГн), что технически трудно реализуется.

Дата добавления: 2014-01-07