Возбуждение, управление и защита бесщеточных синхронных машин - Вращающийся преобразователь

2.3. Вращающийся преобразователь
Вращающийся преобразователь ПбВ на диодах БСМ выполняется обычно по трехфазной нулевой [7, 10, 69, 73, 74] или мостовой схемам fl3, 18, 75-78]. Применение мостовой схемы позволяет в 1,2-1,3 уменьшить габариты Вб. Однако при этом усложняется конструкция ПбВ, что особенно важно в БСМ мощностью до 1000 кВт и является причиной выполнения в таких БСМ ПбВ по нулевой схеме. Для упрощения конструкции вращающейся части в БСВ с Вб, выполненным по схеме ВбТ, ПбВ собирается по двухфазной нулевой схеме [50, 56, 57].
Повышение быстродействия БСМ достигается при выполнении ПбВ на тиристорах. При этом, появляется возможность не только форсировать возбуждение, но и осуществить ускоренное гашение поля при сбросах нагрузки, повреждениях и других переходных процессах. В ряде стран выполнены разработки ПбВ на тиристорах по нулевой и мостовой схемам. Компромиссным вариантом схемы ВбС является полууправляемая схема ПбВ с шунтирующим диодом (ШД),
нашедшая применение в схемах генераторов серии GF и типа F-355L-4 и обеспечивающая БСГ повышенные форсировочные свойства.
Особенностью работы полупроводниковых приборов, установленных на валу БСМ, является воздействие на них дополнительных механических нагрузок, обусловленных воздействием центробежных ускорений, которые для быстроходных БСМ могут достигать 7000g . Разработка силовых вентилей (тиристоров и диодов), удовлетворяющих условиям работы в ПбВ, выполнена в СССР и за рубежом.
В ПбВ БСМ средней мощности параллельное соединение вентилей и быстродействующие предохранители не нашли широкого применения. Для повышения надежности вентили разгружаются по току и напряжению. Так, в БСГ фирмы AEG (ФРГ) диоды ПбВ в номинальном режиме нагружены по току до 65%, по напряжению - на 10% Г803. Защита вентилей ПбВ от коммутационных перенапряжений осуществляется с помощью R-С цепочек, включенных или на стороне переменного тока, или параллельно вентилям, а также с помощью активных сопротивлений, включенных параллельно вентилям ПбВ.
Вентили ПбВ могут испытывать перегрузки по току при пуске БСД, внезапных симметричном и несимметричном к.з., самозапуске, пробое вентиля ПбВ и других переходных режимах. Нагрев структуры вентилей ПбВ в данных режимах не должен превышать допустимого, что необходимо учитывать при проектировании БСМ. При этом на величину переходных токов оказывают влияние как параметры СМ, так и параметры Вб.
При внезапном к.з. ток синхронной машины содержит апериодическую и периодическую составляющие основной или двойной частоты. Исследование влияния этих составляющих с точки зрения перегрузки вентилей показало, что наиболее опасным является режим трехфазного короткого замыкания при совпадении фазы наведенного тока и напряжения одной из фаз Вб. При этом апериодическая составляющая тока в цепи ОВ оказывает наибольшее влияние на нагрев структуры вентиля. Среднее значение напряжения за период квантования ПбВ при постоянных токе  или угле включения вентилей ПбВ уменьшается, что объясняется превалирующим влиянием увеличения угла коммутации.
При коротком замыкании вентиля ПбВ величина всплесков через неповрежденные вентили при угле коммутации в номинальном режиме. Ток возбуждения СМ при к.з. вентиля уменьшается на 15-30%, что может усугубить перегрузку оставшихся в работе вентилей при наличии в составе УУС АРВ из-за стремления последнего поддержать режим работы СМ. Выход из строя вентиля приводит также к несимметрии работы ВбС, что может при неотключении БСМ привести к Вб, особенно при наличии демпферной клетки.
Значительную опасность для вентилей ПбВ может представлять аварийный режим, связанный с повреждением цепи ПЗУ, например пробой тиристоров коммутации пускового (защитного) сопротивления или замыкание выходных зажимов ПбВ.
Сильное искажение формы токов и напряжений и сложность электромагнитных процессов при авариях в ПбВ и ПЗУ обусловили недостаточную изученность данных процессов и отсутствие инженерных методик выбора вентилей с учетом аварийных процессов. Поэтому следует считать задачу исследования таких процессов актуальнейшей с точки зрения повышения надежности БСМ.
Максимальные перенапряжения на вентилях ПбВ СМ в макс имеют место при пуске, самозапуске и синхронизации. При выборе вентилей по напряжению необходимо учитывать как максимальное напряжение, индуктируемое на зажимах ОВ со стороны статора СМ, так и составляющую напряжения, обусловленную схемой возбуждения.
Расчетные соотношения для определения для практически в макс. используемых схем возбуждения приведены. Результаты эксплуатации промышленных БСМ показали высокую надежность работы полупроводниковых вентилей во вращающемся преобразователе. По данным фирмы Westinghouse Electric, из 100 находящихся в эксплуатации БСД не более чем у шести Двигателей возникли повреждения вентилей.