થાઇરિસ્ટર ડીસી / ડીસી કન્વર્ટર

Thyristor DC / DC કન્વર્ટર (DC) એ આઉટપુટ પરિમાણો (વર્તમાન અને વોલ્ટેજ) ના આપેલ કાયદા અનુસાર નિયમન સાથે વૈકલ્પિક પ્રવાહને સીધા પ્રવાહમાં રૂપાંતરિત કરવા માટેનું ઉપકરણ છે. થાઇરિસ્ટર કન્વર્ટર મોટર્સના આર્મેચર સર્કિટ અને તેમના ફીલ્ડ વિન્ડિંગ્સને પાવર કરવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા છે.

થાઇરિસ્ટર કન્વર્ટરમાં નીચેના મૂળભૂત એકમોનો સમાવેશ થાય છે:

• AC બાજુ પર ટ્રાન્સફોર્મર અથવા વર્તમાન-મર્યાદિત રિએક્ટર,

• રેક્ટિફાયર બ્લોક્સ,

• સ્મૂથિંગ રિએક્ટર,

• નિયંત્રણ, રક્ષણ અને સિગ્નલિંગ સિસ્ટમના તત્વો.

ટ્રાન્સફોર્મર કન્વર્ટરના ઇનપુટ અને આઉટપુટ વોલ્ટેજ સાથે મેળ ખાય છે અને (વર્તમાન-મર્યાદિત રિએક્ટરની જેમ) ઇનપુટ સર્કિટમાં શોર્ટ-સર્કિટ પ્રવાહને મર્યાદિત કરે છે. સ્મૂથિંગ રિએક્ટરને રેક્ટિફાઇડ વોલ્ટેજ અને વર્તમાનની લહેરોને સરળ બનાવવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવી છે. જો લોડ ઇન્ડક્ટન્સ ચોક્કસ મર્યાદામાં લહેરિયાંને મર્યાદિત કરવા માટે પૂરતું હોય તો રિએક્ટર આપવામાં આવતાં નથી.

થાઇરિસ્ટર ડીસી-ડીસી કન્વર્ટરનો ઉપયોગ રોટરી કન્વર્ટરનો ઉપયોગ કરતી વખતે વ્યવહારીક રીતે સમાન ઇલેક્ટ્રિક ડ્રાઇવ લાક્ષણિકતાઓને સમજવાની મંજૂરી આપે છે. જનરેટર-મોટર સિસ્ટમ્સ (D — D), એટલે કે, વિશાળ શ્રેણીમાં એન્જિનની ઝડપ અને ટોર્કને સમાયોજિત કરવા, ખાસ યાંત્રિક લાક્ષણિકતાઓ અને ટ્રાન્ઝિઅન્ટ્સની ઇચ્છિત પ્રકૃતિ પ્રાપ્ત કરવા માટે, જ્યારે શરૂ થાય છે, બંધ કરે છે, ઉલટાવે છે, વગેરે.

જો કે, રોટરી સ્ટેટિક કન્વર્ટરની સરખામણીમાં, તેઓ પાસે સંખ્યાબંધ જાણીતા ફાયદા છે, તેથી જ ક્રેન ઇલેક્ટ્રિક ડ્રાઇવના નવા વિકાસમાં સ્ટેટિક કન્વર્ટરને પ્રાધાન્ય આપવામાં આવે છે. થાઇરિસ્ટર ડીસી-ડીસી કન્વર્ટર એ 50-100 કેડબલ્યુથી વધુની શક્તિવાળા ક્રેન મિકેનિઝમ્સની ઇલેક્ટ્રિક ડ્રાઇવ્સમાં ઉપયોગ માટે સૌથી વધુ આશાસ્પદ છે અને મિકેનિઝમ્સ જ્યાં તેને સ્થિર અને ગતિશીલ મોડમાં ડ્રાઇવની વિશેષ લાક્ષણિકતાઓ મેળવવાની જરૂર હોય છે.

સુધારણા યોજનાઓ, કન્વર્ટરના પાવર સર્કિટના નિર્માણના સિદ્ધાંતો

થાઇરિસ્ટર કન્વર્ટર સિંગલ-ફેઝ અને મલ્ટિ-ફેઝ સાથે બનાવવામાં આવે છે સુધારાત્મક સર્કિટ્સ… મૂળભૂત સુધારણા યોજનાઓ માટે ઘણા ડિઝાઇન ગુણોત્તર છે. આમાંની એક યોજના ફિગમાં બતાવવામાં આવી છે. 1, એ. નિયંત્રણ કોણ α... ફિગમાં બદલીને ઉત્પાદિત વોલ્ટેજ Va અને વર્તમાન Ia નું નિયમન. 1, b-e, ઉદાહરણ તરીકે, સક્રિય-ઇન્ડક્ટિવ લોડ સાથે ત્રણ-તબક્કાના શૂન્ય-સુધારણા સર્કિટમાં પ્રવાહો અને વોલ્ટેજના ફેરફારની પ્રકૃતિ બતાવવામાં આવે છે.

ચોખા. 1. થ્રી-ફેઝ ન્યુટ્રલ સર્કિટ (a) અને રેક્ટિફાયર (b, c) અને inverter (d, e) મોડ્સમાં વર્તમાન અને વોલ્ટેજ ફેરફારોના આકૃતિઓ.

આકૃતિઓ γ (સ્વિચિંગ એંગલ) માં દર્શાવેલ કોણ એ સમયગાળો દર્શાવે છે જે દરમિયાન બે થાઇરિસ્ટોર્સ દ્વારા એકસાથે પ્રવાહ વહે છે. ગોઠવણ કોણ α પર એડજસ્ટેડ વોલ્ટેજ Вa ના સરેરાશ મૂલ્યની અવલંબનને નિયંત્રણ લાક્ષણિકતા કહેવામાં આવે છે.

તટસ્થ સર્કિટ માટે, સરેરાશ સુધારેલ વોલ્ટેજ અભિવ્યક્તિ દ્વારા આપવામાં આવે છે

જ્યાં m — ટ્રાન્સફોર્મરના ગૌણ વિન્ડિંગના તબક્કાઓની સંખ્યા; U2f એ ટ્રાન્સફોર્મરના સેકન્ડરી વિન્ડિંગના તબક્કા વોલ્ટેજનું rms મૂલ્ય છે.

બ્રિજ સર્કિટ માટે Udo 2 ગણો વધારે છે, કારણ કે આ સર્કિટ બે શૂન્ય સર્કિટના શ્રેણી જોડાણની સમકક્ષ છે.

સિંગલ-ફેઝ કરેક્શન સર્કિટનો ઉપયોગ, એક નિયમ તરીકે, પ્રમાણમાં મોટા પ્રેરક પ્રતિકારવાળા સર્કિટ્સમાં થાય છે. આ મોટર્સના સ્વતંત્ર ઉત્તેજના વિન્ડિંગ્સના સર્કિટ છે, તેમજ લો-પાવર મોટર્સ (10-15 kW સુધી)ના આર્મેચર સર્કિટ છે. પોલીફેસ સર્કિટનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે 15-20 kW કરતાં વધુની શક્તિવાળા મોટર્સના આર્મેચર સર્કિટને કાસ્ટ કરવા માટે થાય છે અને ઓછી વાર ફીલ્ડ વિન્ડિંગ્સને પાવર આપવા માટે થાય છે. સિંગલ-ફેઝની તુલનામાં, પોલીફેસ રેક્ટિફાયર સર્કિટના ઘણા ફાયદા છે. મુખ્ય છે: સુધારેલા વોલ્ટેજ અને વર્તમાનનું નીચું પલ્સેશન, ટ્રાન્સફોર્મર અને થાઇરિસ્ટોર્સનો વધુ સારો ઉપયોગ, સપ્લાય નેટવર્કના તબક્કાઓનું સપ્રમાણ લોડિંગ.

થાઇરિસ્ટર ડીસી-ડીસી કન્વર્ટર્સમાં 20 કેડબલ્યુથી વધુની શક્તિ સાથે ક્રેન ડ્રાઇવ માટે બનાવાયેલ છે, તેનો ઉપયોગ થ્રી-ફેઝ બ્રિજ સર્કિટ… આ ટ્રાન્સફોર્મર અને થાઇરીસ્ટોર્સના સારા ઉપયોગ, રેક્ટિફાઇડ વોલ્ટેજ અને કરંટનું નીચું રિપલ લેવલ અને ટ્રાન્સફોર્મર સર્કિટ અને ડિઝાઇનની સરળતાને કારણે છે.થ્રી-ફેઝ બ્રિજ સર્કિટનો જાણીતો ફાયદો એ છે કે તે ટ્રાન્સફોર્મર કનેક્શન સાથે નહીં, પરંતુ વર્તમાન-મર્યાદિત રિએક્ટર સાથે બનાવી શકાય છે, જેના પરિમાણો ટ્રાન્સફોર્મરના પરિમાણો કરતાં નોંધપાત્ર રીતે નાના છે.

ત્રણ-તબક્કાના તટસ્થ સર્કિટમાં, સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા જોડાણ જૂથો D / D અને Δ / Y સાથે ટ્રાન્સફોર્મરનો ઉપયોગ કરવાની શરતો પ્રવાહના સતત ઘટકની હાજરીને કારણે વધુ ખરાબ છે. આનાથી ચુંબકીય સર્કિટના ક્રોસ-સેક્શનમાં વધારો થાય છે અને તે મુજબ, ટ્રાન્સફોર્મરની ડિઝાઇન પાવર. પ્રવાહના સતત ઘટકને દૂર કરવા માટે, ટ્રાન્સફોર્મરના ગૌણ વિન્ડિંગ્સના ઝિગઝેગ કનેક્શનનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે ડિઝાઇનની શક્તિમાં પણ કંઈક અંશે વધારો કરે છે. વધેલા સ્તર, સુધારેલ વોલ્ટેજની લહેર, ઉપર નોંધેલ ખામી સાથે, ત્રણ તબક્કાના તટસ્થ સર્કિટના ઉપયોગને મર્યાદિત કરે છે.

નીચા વોલ્ટેજ અને ઉચ્ચ પ્રવાહ માટે ઉપયોગમાં લેવાતી વખતે છ-તબક્કાના રિએક્ટર સર્કિટની ભલામણ કરવામાં આવે છે કારણ કે આ સર્કિટમાં લોડ પ્રવાહ ત્રણ-તબક્કાના બ્રિજ સર્કિટની જેમ બે ડાયોડ દ્વારા શ્રેણીમાં વહેતો કરવાને બદલે સમાંતરમાં વહે છે. આ સર્કિટનો ગેરલાભ એ સુધારેલ રેટ કરેલ શક્તિના લગભગ 70% ની લાક્ષણિક શક્તિ સાથે સ્મૂથિંગ રિએક્ટરની હાજરી છે. વધુમાં, છ-તબક્કાના સર્કિટ્સમાં એક જગ્યાએ જટિલ ટ્રાન્સફોર્મર ડિઝાઇનનો ઉપયોગ થાય છે.

થાઇરિસ્ટોર્સ પર આધારિત રેક્ટિફાયર સર્કિટ બે મોડમાં કામગીરી પૂરી પાડે છે - રેક્ટિફાયર અને ઇન્વર્ટર. ઇન્વર્ટર મોડમાં કામ કરતી વખતે, લોડ સર્કિટમાંથી ઊર્જા સપ્લાય નેટવર્કમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે, એટલે કે, રેક્ટિફાયર મોડની તુલનામાં વિરુદ્ધ દિશામાં, તેથી, જ્યારે ઇન્વર્ટિંગ થાય છે, ત્યારે વર્તમાન અને ઇ. વગેરે c. ટ્રાન્સફોર્મરની વિન્ડિંગ્સ વિરુદ્ધ દિશામાન કરવામાં આવે છે, અને જ્યારે સીધી કરવામાં આવે છે - તે અનુસાર.ઇન્વર્ટિંગ મોડમાં વર્તમાન સ્ત્રોત e છે. વગેરે c. લોડ (DC મશીનો, ઇન્ડક્ટન્સ) જે ઇન્વર્ટર વોલ્ટેજ કરતાં વધી જવો જોઈએ.

થાઇરિસ્ટર કન્વર્ટરનું રેક્ટિફાયર મોડમાંથી ઇન્વર્ટર મોડમાં ટ્રાન્સફર e ની ધ્રુવીયતાને બદલીને પ્રાપ્ત થાય છે. વગેરે c. ઇન્ડક્ટિવ લોડ સાથે π/2 ઉપરનો ભાર અને કોણ α વધારવો.

ચોખા. 2. વાલ્વના જૂથો પર સ્વિચ કરવા માટે વિરોધી સમાંતર સર્કિટ. UR1 — UR4 — સ્તરીકરણ રિએક્ટર; RT — વર્તમાન-મર્યાદિત રિએક્ટર; CP - સ્મૂથિંગ રિએક્ટર.

ચોખા. 3. મોટર્સના ઉત્તેજના વિન્ડિંગ્સના સર્કિટ માટે બદલી ન શકાય તેવી ટીપીની યોજના. વ્યુત્ક્રમ મોડને સુનિશ્ચિત કરવા માટે, તે જરૂરી છે કે આગામી બંધ થાઇરિસ્ટર પાસે તેના અવરોધિત ગુણધર્મોને પુનઃસ્થાપિત કરવાનો સમય હોય જ્યારે તેના પર નકારાત્મક વોલ્ટેજ હોય, એટલે કે કોણ φ (ફિગ. 1, c).

જો આવું ન થાય, તો પછી બંધ થાઇરિસ્ટર ફરીથી ખોલી શકે છે કારણ કે તેના પર ફોરવર્ડ વોલ્ટેજ લાગુ થાય છે. આનાથી ઇન્વર્ટર ઉથલાવી દેશે, જ્યાં કટોકટી પ્રવાહ આવશે, દા.ત. વગેરે c. ડીસી મશીનો અને ટ્રાન્સફોર્મર દિશામાં મેચ થશે. રોલઓવર ટાળવા માટે, શરત જરૂરી છે

જ્યાં δ — થાઇરિસ્ટરના લોકીંગ ગુણધર્મોને પુનઃસ્થાપિત કરવાનો કોણ; β = π — α આ ઇન્વર્ટરનો મુખ્ય કોણ છે.

થાઇરિસ્ટર કન્વર્ટરના પાવર સર્કિટ, મોટર્સના આર્મેચર સર્કિટને પાવર આપવા માટે બનાવાયેલ છે, તે બદલી ન શકાય તેવા (થાઇરિસ્ટોર્સનું એક રેક્ટિફાયર જૂથ) અને ઉલટાવી શકાય તેવું (બે રેક્ટિફાયર જૂથ) બંને સંસ્કરણોમાં બનાવવામાં આવે છે. થાઇરિસ્ટર કન્વર્ટરની બદલી ન શકાય તેવી આવૃત્તિઓ, દિશાવિહીન વહન પ્રદાન કરે છે, મોટર અને જનરેટર મોડમાં મોટર ટોર્કની માત્ર એક દિશામાં કામગીરી કરવાની મંજૂરી આપે છે.

ક્ષણની દિશા બદલવા માટે, કાં તો ફિલ્ડ ફ્લક્સ કોન્સ્ટન્ટની દિશા સાથે આર્મેચર પ્રવાહની દિશા બદલવી જરૂરી છે, અથવા આર્મેચર પ્રવાહની દિશા જાળવી રાખીને ફીલ્ડ ફ્લક્સની દિશા બદલવી જરૂરી છે.

ઇન્વર્ટિંગ થાઇરિસ્ટર કન્વર્ટર્સમાં પાવર સર્કિટ ડાયાગ્રામના વિવિધ પ્રકારો હોય છે. ટ્રાન્સફોર્મરના એક ગૌણ વિન્ડિંગ (ફિગ. 2) સાથે વાલ્વના બે જૂથોના વિરોધી સમાંતર જોડાણ સાથેની યોજના સૌથી સામાન્ય છે. RT રિએક્ટરના એનોડ વર્તમાન લિમિટર્સ દ્વારા સામાન્ય વૈકલ્પિક નેટવર્કમાંથી થાઇરિસ્ટર જૂથોને ખવડાવીને આવી યોજના અલગ ટ્રાન્સફોર્મર વિના અમલમાં મૂકી શકાય છે. રિએક્ટર સંસ્કરણમાં સંક્રમણ થાઇરિસ્ટર કન્વર્ટરના કદને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે અને તેની કિંમત ઘટાડે છે.

મોટર ક્ષેત્રોના વિન્ડિંગ સર્કિટ માટે થાઇરિસ્ટર કન્વર્ટર મુખ્યત્વે બદલી ન શકાય તેવા બાંધકામમાં બનાવવામાં આવે છે. અંજીરમાં. 3a વપરાયેલ રેક્ટિફાયર સ્વિચિંગ સર્કિટમાંથી એક બતાવે છે. સર્કિટ તમને મોટરના ઉત્તેજના પ્રવાહને વિશાળ શ્રેણીમાં બદલવાની મંજૂરી આપે છે. વર્તમાનનું લઘુત્તમ મૂલ્ય ત્યારે થાય છે જ્યારે થાઇરિસ્ટોર્સ T1 અને T2 બંધ હોય, અને મહત્તમ જ્યારે તેઓ ખુલ્લા હોય. અંજીરમાં. 3, b, d થાઇરિસ્ટર્સની આ બે સ્થિતિઓ માટે સુધારેલ વોલ્ટેજમાં ફેરફારની પ્રકૃતિ અને ફિગમાં બતાવે છે. 3, જ્યારે શરત માટે

થાઇરિસ્ટર કન્વર્ટરને ઉલટાવી દેવા માટેની નિયંત્રણ પદ્ધતિઓ

થાઇરિસ્ટર કન્વર્ટરને ઉલટાવીને, વાલ્વ જૂથોને નિયંત્રિત કરવાની બે મુખ્ય રીતો છે - સંયુક્ત અને અલગ. બીજી બાજુ, સહ-વ્યવસ્થાપન સતત અને અસંગત રીતે કરવામાં આવે છે.

સંકલિત નિયંત્રણ સાથે, શૂટિંગ કઠોળ thyristors વાલ્વના બે જૂથો પર એવી રીતે લાગુ કરવામાં આવે છે કે બે જૂથો માટે સુધારેલ વોલ્ટેજની સરેરાશ કિંમતો એકબીજાની સમાન હોય. આ શરતે આપવામાં આવે છે

જ્યાં av અને ai — રેક્ટિફાયર અને ઇન્વર્ટરના જૂથોના ગોઠવણ ખૂણા. અસંગત નિયંત્રણના કિસ્સામાં, ઇન્વર્ટર જૂથનું સરેરાશ વોલ્ટેજ રેક્ટિફાયર જૂથના વોલ્ટેજ કરતાં વધી જાય છે. આ શરત હેઠળ પ્રાપ્ત થાય છે કે

સંયુક્ત નિયંત્રણ સાથેના જૂથ વોલ્ટેજનું ત્વરિત મૂલ્ય દરેક સમયે એકબીજા સાથે સમાન હોતું નથી, જેના પરિણામે થાઇરિસ્ટર જૂથો અને ટ્રાન્સફોર્મર વિન્ડિંગ્સ દ્વારા બંધાયેલ લૂપ (અથવા સર્કિટ) માં, સમાનતા રિએક્ટરને મર્યાદિત કરવા માટે સમાન પ્રવાહ વહે છે. UR1-UR4 થાઇરિસ્ટર કન્વર્ટરમાં શામેલ છે (ફિગ 1 જુઓ).

રિએક્ટર સમકક્ષ વર્તમાન લૂપ સાથે જોડાયેલા હોય છે, જૂથ દીઠ એક અથવા બે, અને તેમની ઇન્ડક્ટન્સ પસંદ કરવામાં આવે છે જેથી સમાનતા પ્રવાહ રેટ કરેલ લોડ પ્રવાહના 10% કરતા વધુ ન હોય. જ્યારે વર્તમાન મર્યાદિત રિએક્ટર્સને સ્વિચ કરવામાં આવે છે, જૂથ દીઠ બે, જ્યારે લોડ પ્રવાહ વહે છે ત્યારે તેઓ સંતૃપ્ત થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, જૂથ B ઓપરેશન દરમિયાન, રિએક્ટર UR1 અને UR2 સંતૃપ્ત થાય છે, જ્યારે રિએક્ટર URZ અને UR4 અસંતૃપ્ત રહે છે અને સમાનતા પ્રવાહને મર્યાદિત કરે છે. જો રિએક્ટર ચાલુ હોય, તો જૂથ દીઠ એક (UR1 અને URZ), જ્યારે પેલોડ વહેતો હોય ત્યારે તેઓ સંતૃપ્ત થતા નથી.

અસંગત નિયંત્રણ સાથેના કન્વર્ટરમાં સંકલિત નિયંત્રણ કરતાં રિએક્ટરનું કદ નાનું હોય છે.જો કે, અસંગત નિયંત્રણ સાથે, અનુમતિપાત્ર નિયંત્રણ ખૂણાઓની શ્રેણીમાં ઘટાડો થાય છે, જે ટ્રાન્સફોર્મરનો વધુ ખરાબ ઉપયોગ અને ઇન્સ્ટોલેશનના પાવર ફેક્ટરમાં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે. તે જ સમયે, ઇલેક્ટ્રીકના નિયંત્રણ અને ઝડપની લાક્ષણિકતાઓની રેખીયતા ડ્રાઇવનું ઉલ્લંઘન થાય છે. વાલ્વના જૂથોના અલગ નિયંત્રણનો ઉપયોગ સમાનતા પ્રવાહોને સંપૂર્ણપણે દૂર કરવા માટે થાય છે.

અલગ નિયંત્રણ એ હકીકતમાં સમાવિષ્ટ છે કે નિયંત્રણ કઠોળ ફક્ત તે જૂથ પર લાગુ કરવામાં આવે છે જે આ ક્ષણે કાર્યરત હોવું જોઈએ. નિષ્ક્રિય જૂથના વાલ્વને નિયંત્રણ કઠોળ પૂરા પાડવામાં આવતા નથી. થાઇરિસ્ટર કન્વર્ટરના ઑપરેટિંગ મોડને બદલવા માટે, એક વિશિષ્ટ સ્વિચિંગ ઉપકરણનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે જ્યારે થાઇરિસ્ટર કન્વર્ટરનો પ્રવાહ શૂન્ય હોય છે, ત્યારે પહેલા પહેલાના કાર્યકારી જૂથમાંથી નિયંત્રણ પલ્સ દૂર કરે છે, અને પછી, ટૂંકા વિરામ પછી (5- 10 એમએસ), અન્ય જૂથને નિયંત્રણ કઠોળ મોકલે છે.

અલગ નિયંત્રણ સાથે, વાલ્વના અલગ જૂથોના સર્કિટમાં સમાનતાવાળા રિએક્ટરનો સમાવેશ કરવાની જરૂર નથી, ટ્રાન્સફોર્મરનો સંપૂર્ણ ઉપયોગ કરી શકાય છે, ઇન્વર્ટર મોડમાં થાઇરિસ્ટર કન્વર્ટરના ઓપરેટિંગ સમયમાં ઘટાડો થવાને કારણે ઇન્વર્ટર ઉથલાવી દેવાની સંભાવના છે. ઘટાડો, ઉર્જાનું નુકસાન ઓછું થાય છે અને તે મુજબ સમાનતા પ્રવાહોની ગેરહાજરીને કારણે ઇલેક્ટ્રિક ડ્રાઇવની કાર્યક્ષમતા વધે છે. અલગ નિયંત્રણ, જો કે, નિયંત્રણ કઠોળને અવરોધિત કરવા માટે ઉપકરણોની વિશ્વસનીયતા પર ઉચ્ચ માંગ મૂકે છે.

અવરોધિત ઉપકરણોની કામગીરીમાં ખામી અને બિન-કાર્યકારી થાઇરિસ્ટર જૂથ પર નિયંત્રણ પલ્સનો દેખાવ થાઇરિસ્ટર કન્વર્ટરમાં આંતરિક શોર્ટ સર્કિટ તરફ દોરી જાય છે, કારણ કે આ કિસ્સામાં જૂથો વચ્ચે સમાન પ્રવાહ ફક્ત ટ્રાન્સફોર્મરની પ્રતિક્રિયા દ્વારા મર્યાદિત છે. વિન્ડિંગ્સ અને અસ્વીકાર્ય મોટા મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે.