Преобразователи БВП для электроприводов - Блоки БВП на основе Т2 320 и ТЗ 320

1. БЛОКИ БВП НА ОСНОВЕ ТИРИСТОРОВ Т2-320 И T3-320
Основным элементом силовой части мощных преобразователей переменного тока в постоянный серий ТПЗ (нереверсивных) и ТПРЗ (реверсивных) являются вентильные блоки (БВП).
Вентильный блок содержит две параллельные ветви, каждая из которых представляет собой последовательное соединение тиристора Т2-320 или T3-320, быстродействующего предохранителя ПП57 и индуктивного делителя тока. С помощью силовых и штепсельных разъемов цепей управления (РП10-30Л) блок включается в общую электрическую схему вентильной секции преобразователя.
Рассмотрим основные элементы, комплектующие блок БВП.

Рис. 1. Тиристор Т2-320:
1 — таблетка; 2 — анодная ниша; 3 — катодная шина; 4 — охладитель; 5 — траверса; 6 — управляющий электрод.
Тиристоры типов Т2-320 и T3-320. Основой тиристора является управляемый элемент, изготовленный из монокристаллической кремниевой пластины диаметром 40 мм. Вентильный элемент, представляющий собой четырехсложную р-п-р-п структуру с тремя р-п переходами, помещен в металлокерамический, герметизированный холодной сваркой корпус, что обеспечивает защиту полупроводниковой структуры от влияния внешней среды и необходимую электрическую прочность. Получаемая таким образом таблетка 1 устанавливается между анодной 2 и катодной 3 шинами и прижимается к охладителю 4 траверсой 5. Прижимное усилие для тиристора Т2-320 равно 15000± ±2000 Н, для тиристора T3-320 12 000±2000 Н.
Предохранители серии ПП57. Предохранители предназначены для защиты тиристоров.
Структура условного обозначения предохранителей ПП57- □ □ □ □ -УЗ.
ПП — предохранитель плавкий;
57 — условный номер серии;
— условное обозначение номинального тока предохранителя: 31 — 100 А; 34 — 250 А; 37 —400 А; 39 —630 А; 40 — 800 А;
— условное обозначение номинального напряжения предохранителя; 2 — 220 В; 3 — 380 В; 6 — 660 В; 9 — 1250 В;
— условное обозначение способа монтажа и вида присоединения проводников к выводам предохранителя: 7 — на проводниках преобразовательного устройства — болтовое с уголковыми выводами;
—условное обозначение указателя срабатывания и контакта вспомогательной цепи: 0 — без указателя срабатывания, без контакта вспомогательной цепи; 1 — с указателем срабатывания, с контактом вспомогательной цепи; 2 — с указателем срабатывания, без контакта вспомогательной цепи;
УЗ — буква и цифра — условное обозначение климатического исполнения и категории размещения по ГОСТ 15150-69.
В блоках ВВП, комплектующих тиристорные агрегаты серий ТПЗ, ТПРЗ, применяют предохранители ПП57-37671- УЗ и ПП57-37971-УЗ с плавкими вставками на 315 и 400 А.
Условное обозначение предохранителя ПП57-37671-УЗ на ток 315 А расшифровывается следующим образом: предохранитель серии ПП57 на номинальный ток 400 А и номинальное напряжение переменного тока 660 В, с указателем срабатывания, с контактом вспомогательной цепи, с плавкой вставкой на номинальный ток 315 А, уголкового исполнения, для работы в районах с умеренным климатом, категория размещения 3. Предохранитель ПП57-37971-УЗ отличается только номинальным напряжением 1250 В.
Некоторые технические данные предохранителя Номинальные потери мощности плавких вставок в нагретом состоянии при температуре окружающего воздуха 40° С для предохранителей ПП57-37971-УЭ с плавкой вставкой
на ток 315 А составляют 100 Вт, на ток 400 А— 120 Вт (табл. 1). Потери мощности предохранителей ПП57-37671 соответственно 80 и 85 Вт. Максимальные значения интегралов плавления предохранителей при времени плавления не более 10 мс для предохранителей ПП57-37671-УЗ и ПП57-37971-УЗ составляют 100 и 140А2-с-103 соответственно.

Максимальное напряжение на дуге предохранителя не превышает 1,5-кратного амплитудного значения напряжения сети переменного тока.
Ресурс предохранителей при прохождении номинального тока не менее 30 000 ч.
Габариты, установочные и присоединительные размеры предохранителей приведены на рис. 2.
Прямоугольные приборные соединения (штепсельные разъемы). В блоках ВВП применяют прямоугольные соединители нормальных габаритов с разъемными контактами типов РП-10-30Л (рис. 3) и РП-14-30Л в междублочном варианте. Разъемы предназначены для быстрого электрического и механического соединения и разъединения между собой узлов блока. Каждый разъем состоит из двух основных частей: вилки и розетки. Вилка — часть разъема с контактными штырями; розетка — часть разъема с контактными гнездами. Изоляторы обеих частей разъема изготовляются из прессматериала АГ-4. Разъемы имеют по 30 контактов, расположенных в три ряда. В разъемах РП-10 штыри контактов— цилиндрические сплошные с конусным концом, гнезда — трубчатые из пружинного материала с нарезанными по образующей цилиндра пазами. Штыри крепятся в изоляторах при помощи развода хвостовиков. В разъемах РП-14 штыри контактов — плоские «ножевые», гнезда контактов состоят из двух пружинных гильз, по краям которых благодаря вырезам образованы пружинящие лапки. Контактное усилие создается за счет упругости этих лапок. Контакты в разъемах РП-10 и РП-14 покрыты серебром.
На вилках ловителей установлено по два цилиндрических ловителя, предназначенных для надежного механического сочленения и крепления обеих частей разъема.
Основные технические характеристики разъемов.

•Максимальным рабочим током разрешается нагружать контакты, расположенные через один (преимущественно по периметру изолятора). Например, в разъеме РП-10 при 30 контактах допустимое количество контактов с нагрузкой 15 А составляет 7.
Индуктивные делители тока. Установленные в силовые шкафы вентильных секций преобразователей серий ТПЗ и ТПРЗ блоки БВП соединяются между собой в трехфазную мостовую схему, в каждое плечо которой включено по восемь тиристоров параллельно. Необходимость параллельного соединения тиристоров в мощных преобразователях вызвана ограниченным значением предельного тока тиристоров Т2-320 и T3-320 (320 А).

Рис. 2. Предохранители ПП57-3767 и ПП57-3797:
1 — предохранитель; 2 — контакт вспомогательной цепи
При параллельном соединении общий ток нагрузки делится между тиристорами неравномерно. В образовании разбаланса токов главную роль играют два фактора: технологический разброс параметров прямых ветвей вольт-амперных характеристик приборов (прямой вольт-амперной характеристикой в открытом состоянии называется зависимость прямого падения напряжения от проходящего прямого тока в мгновенных значениях при определенной температуре р-п-р-п структуры) и неравенство активных и индуктивных
сопротивлений ветвей, определяемое различием их геометрических форм и неодинаковым расположением в пространстве. При этом наилучшим можно считать такое деление токов, при котором обеспечивается равенство температур структур вентильных элементов.
Рациональная конструкция силовой ошиновки блоков ВВП и силовых шкафов преобразователей серий ТПЗ и ТПРЗ сводит к минимуму асимметрию конструкции, о чем сказано ниже при рассмотрении конструкции вентильного блока и силового шкафа.
Уменьшение неравномерного нагрева параллельно включенных тиристоров, вызванного разбросом вольт-амперных характеристик, можно добиться различными путями, в частности с помощью подбора тиристоров с минимальным разбросом характеристик или принудительным выравниванием нагрузок с помощью индуктивных делителей тока.

Рис. 3. Разъем прямоугольный РП-10-30Л:
а — вилка; 6 — розетка; 1 — контактные штыри; 2 — контактные гнезда; 3 — изолятор; 4 — ловитель; 5 — гнездо ловителя

Подбор тиристоров, упрощая конструкцию преобразователя и несколько увеличивая его КПД (отсутствуют потери в делителях), в то же время создает затруднения при эксплуатации преобразователя из-за необходимости иметь резерв тиристоров с заданными параметрами.
Индуктивные делители (менее экономичные делители из активных сопротивлений не получили широкого распространения) являются более эффективным средством выравнивания нагрузок, чем подбор тиристоров, и позволяют лучше использовать приборы по току.
В блоках БВП последовательно с каждым тиристоров включен индуктивный делитель тока (рис. 4), представляющий собой катушку с междувитковой изоляцией из миканита и пропитанную в лаке для увеличения механической прочности и получения высокой теплопроводности. Внутри катушки, намотка которой выполнена медной шиной, установлен разомкнутый стальной сердечник прямоугольной формы, длина которого равна высоте катушки. Применение такого сердечника увеличивает индуктивность катушки, уменьшает расход меди и габариты делителя. Индуктивность делителя 7 мГн.
Блоки БВП. На основе тиристоров Т2-320 и T3-320 созданы вентильные блоки БВП, предназначенные для установки в вентильные секции тиристорных преобразовательных агрегатов постоянного тока серий ТПЗ, ТПРЗ мощностью от 1000 до 12 000 кВт.

Рис. 4. Индуктивный делитель:
1 — катушка; 2 — сердечник
В зависимости от типа и класса применяемых тиристоров, номинального тока плавкой вставки предохранителя и способа формирования управляющего импульса блоки, применяемые в преобразователях этой серии, разделяются на типы, приведенные в табл. 2. Таблица 2. Типы и основные параметры блоков БВП

•Приведено линейное напряжение переменного тока при включении блоков по трехфазной мостовой схеме выпрямления.
"Среднее значение выпрямленного тока блока соответствует включению блоков по трехфазной мостовой схеме выпрямления, продолжительному режиму работы и расходу охлаждающего воздуха через поперечное сечение блока 0,11 м'/с.
Структура условного обозначения блоков БВП-П/П-Ш-УЗ
БВП — блок вентильный с параллельным соединением тиристоров.
— класс тиристора (11; 12; 16; 18; 22); 1 — разделительный знак;
— номинальный ток плавкой вставки предохранителя
(315 или 400 А);
— условное обозначение формы импульсов управления (2 — сдвоенные управляющие импульсы без частотного заполнения); УЗ — условное обозначение климатического исполнения
и категории размещения. Конструкция вентильного блока- Вентильный блок (БВП) (рис. 5) представляет собой конструктивно законченный узел, состоящий из двух тиристоров, установленных

Рис. 5. Общий вид блока БВП:
а — с лицевой стороны; б — со стороны силовых разъемов: 1 — тиристор Т2-320 (T3-320) с охладителем; 2 — предохранитель ПП-57; 3 — индуктивный делитель; 4 — силовой разъем; 5 — разъем РП-10; 6 — пластмассовая стенка; 7 — пластмассовая рамка; 8 — пластмассовый корпус; 9— сигнальное табло; 10 — штырь-ловитель
на охладителях, элементов защиты и управления тиристорами и электрических разъемов.
Рабочее положение в вентильной секции — вертикальное. Пластмассовая стенка, стеклотекстолитовая крышка и две пластмассовые рамки образуют подобие каркаса блока.
Вся силовая часть блока: два тиристора T2-320(T3-320) с охладителями, два предохранителя ПП57, два индуктивных делителя тока, соединительная ошиновка и два силовых губчатых разъема смонтированы на пластмассовой стенке, образуя две параллельные вентильные цепочки.
Разъемы расположены у горизонтальной оси симметрии несущей пластмассовой стенки; здесь стенка имеет дополнительную опору (подпорку) в виде П-образной скобы, прикрепленной винтами к стенке (в пластмассе имеются специальные пазы для жесткой фиксации скобы) и упирающейся в крышку.
Силовая часть блока выполнена таким образом, что вентильные параллельные цепочки расположены по обе стороны горизонтальной оси симметрии стенки. Токи «раздаются» и «собираются» (силовыми разъемами) на оси симметрии, что существенно улучшает токораспределение в параллельно включенных тиристорах.
Тиристоры с радиаторами расположены на внешней стороне стенки. Элементарную шахту (необходимую для протекания охлаждающего тиристоры воздуха) с одной стороны ограничивает стенка, а с противоположной — стеклотекстолитовая крышка. При установке блока в вентильную секцию по бокам шахту образуют элементы трех соседних блоков и стенки кассеты, о которой будет сказано ниже. Все остальные элементы блока ВВП (в том числе и силовые губчатые разъемы) расположены с противоположной стороны стенки. Крайние пластмассовые рамки выполняют несколько функций: являются несущими элементами скелета блока, направляющими при установке блока в кассету, а также защищают элементы блока от механических повреждений при транспортировке и демонтаже.
На внешней стороне крышки установлен коробчатый пластмассовый корпус, внутри которого находится ячейка управления в виде печатной платы с узлами управления тиристорами и RC-цепями. На ней же помещены сигнальные лампы и контрольные гнезда.
На лицевой стороне корпуса отпрессованы мнемосхема блока с гнездовыми отверстиями и прямоугольное отверстие, в котором укреплено пластмассовое табло.
Сигнальные лампы и контрольные гнезда расположены на печатной плате таким образом, что при установке ячейки
в корпус сигнальные лампы находятся против прозрачной крышки табло, а штекер прибора, введенный в соответствующее отверстие на мнемосхеме, попадает в гнездо на плате. Такая конструкция предотвращает возможность попадания обслуживающего персонала под напряжение даже в случае непосредственного прикосновения к корпусу блока и позволяет отказаться от дверей в шкафу вентильной секции. Узлы управления и RC-цепи установлены на печатной плате. Между ними по горизонтальной оси симметрии платы установлена колодка штепсельного разъема типа РП-14. Ответная его часть находится на средней опорной П-образной скобе блока (в крышке в этом месте проделано окно). При установке корпуса на блок крышка замыкает внутреннюю полость корпуса (и тем самым увеличивает электрические зазоры, а также защищает элементы системы управления от пыли и механических повреждений), а колодки разъема сочленяются.
В нижней части печатной платы имеется ножевая колодка второго штепсельного разъема, ответная (гнездовая) часть которого установлена на кассете в шкафу вентильной секции. Этот разъем осуществляет связь блока с внешними цепями управления и защиты преобразователя. На корпусе блока по обе стороны от нижнего штепсельного разъема установлены два мощных штыря — ловителя.
В нижней и верхней частях корпуса имеются ручки для извлечения и установки блока, а также невыпадающие винты для фиксации его в рабочем положении в кассете вентильной секции.
Электромагнитное поле значительного силового тока (до 630 А), изменяясь, может существенно искажать выходной импульс системы управления тиристором.
С целью уменьшения влияния силовых цепей на цепи управления в конструкции вентильного блока приняты следующие специальные меры:
ячейка управления расположена на внешней стороне блока — на противоположной стороне от силовой части и сборной ошиновки;
находящиеся в ячейке узлы управления и RC-цепи разнесены на печатной плате на максимальное расстояние друг от друга;
внешний штепсельный разъем системы управления расположен в непосредственной близости от ячейки управления, а внутренний —в центре блока. Протяженность цепей управления от разъемов к центру блока сделана минимально возможной.

Вентильный блок представляет собой конструкцию втычного исполнения. Для обеспечения полной взаимозаменяемости блоков в вентильной секции создано гарантированное сочленение силовых и слаботочных цепей.
Силовой разъем (рис. 6) состоит из трех пар медных плоских губок, крепящихся к медному сухарю тремя винтами с контактными пружинами. Винты служат также для регулирования контактного нажатия силового разъема. Ответная часть представляет собой ножевой контакт, установленный на шинном блоке вентильной секции.
Внешний штепсельный разъем системы управления находится в зоне расположения штырей — ловителей блока.
Это обеспечивает взаимозаменяемость блоков и надежное сочленение разъема.
Электрическая схема вентильного блока (рис. 7) состоит из силовой части и слаботочной системы управления, защиты и сигнализации.
Силовая часть содержит две параллельно соединенные ветви, каждая из которых включает в себя последовательно соединенные тиристор ТИ1(ТИ2), предохранитель ПП1(ПП2) и индукционный делитель тока Др1(Др2).
Система управления, защиты и сигнализации конструктивно выполнена в виде ячейки ЯУ, которая включает в себя:
защиту от коммутационных перенапряжений, осуществляемую RC-цепями, состоящими из резистора 1 R2 (2 R2) и конденсатора 1С2 (2С2);
сигнализацию о сгорании предохранителей, осуществляемую неоновыми лампами J1H1 и J1H2, подключенными через сопротивление 1R1 (2R1) параллельно предохранителям;
два импульсных узла, содержащих импульсные разделительные трансформаторы Тр1 и Тр2, элементы цепей смещения 1R4 (2R4) и сопротивления 1R3 (2R3), шунтирующие управляющий переход для повышения помехоустойчивости тиристоров.

Рис. 6. Силовой разъем вентильного блока:
1 — губки медные; 2 —сухарь медный; 3 — пружины контактные; 4 — винты крепящие; 5 — контакт ножевой шинного блока; 6 — шинный блок
Импульсные узлы обеспечивают подачу на тиристоры импульсов необходимой формы и длительности. В блоках БВП, комплектующих преобразователи серий ТПЗ и ТПРЗ, используют «сдвоенные» узкие импульсы: на каждый тиристор поступает вначале первый импульс, затем через 60 град — второй импульс; длительность каждого импульса 400+80 мкс (7...9 град); частота следования «сдвоенных» импульсов 50 Гц (рис. 8).

Рис. 7. Принципиальная схема БВП:
а — принципиальная схема блока; 6 — мнемосхема на лицевой поверхности корпуса блока; в — принципиальная схема ячейки управления
Ячейка управления подключается к основной схеме блока при помощи разъёма Ш1
На передней панели блока расположена мнемосхема с контрольными гнездами Г1—Г6, которые используются для подключения приборов, контролирующих напряжения на тиристорах блока.

Вентильный блок подключается к общей силовой схеме преобразователя с помощью разъемов СР1 и СР2, а к схеме управления — с помощью разъема Ш2.
Основные параметры выходного каскада системы управления: 1см=44 мА — ток смещения; Uвх = 75±15 В —напряжение на входе импульсного трансформатора;tим= =400±80 мкс — длительность импульса управления;kТр — = 2, 2 — коэффициент трансформации импульсного трансформатора.
Материал сердечника импульсного трансформатора — сталь Э-350.