Полупроводниковые вентили

Полупроводниковые вентили характеризуются следующими основными величинами: наибольшим допустимым прямым током /н (номинальный ток), наибольшим допустимым обратным напряжением UH (номинальное напряжение), номинальной мощностью SB. Кроме того, вентили характеризуются величинами нормального прямого напряжения (т. е. напряжения при номинальном токе) и нормального обратного тока. Наибольший допустимый прямой ток определяется максимальной допустимой рабочей температурой р-л- перехода, а наибольшее допустимое обратное напряжение — пробивным напряжением вентиля.
В настоящее время широкое практическое применение получили четыре типа полупроводниковых вентилей: медно-закисные, селеновые, германиевые и кремниевые. Поставляемые промышленностью для тяговых подстанций магистральных железных дорог полупроводниковые выпрямительные установки ПВЭ-3 и ПВЭ-5 (полупроводниковый вентиль для электротяги) собраны из кремниевых силовых вентилей ВК2-200 или лавинных вентилей В Л-200 группы А и Б. Класс вентилей — от 8-го до 12-го.
Обозначение вентиля ВК2-200-8 расшифровывается так: вентиль кремниевый, на номинальный ток 200 А. Номер класса обозначает величину номинального обратного напряжения в сотнях вольт, т. е. вентиль 8-го класса имеет номинальное обратное напряжение 800 В. Нормальное прямое напряжение вентилей группы А — от 0,4 до 0,5 В, группы Б — от 0,5 до 0,6 В.
Рассмотрим конструкцию кремниевого вентиля (рис. 33). Выпрямительный элемент 1, являющийся основной частью вентиля, припаян к медному основанию 6, которое представляет собой короткий болт с шестигранной головкой. На стержень болта навинчен ребристый охладитель 7 из алюминиевого сплава, предназначенный для увеличения поверхности теплоизлучения. Для защиты выпрямительного элемента от повреждений в основание завальцован стальной цилиндрический кожух 5. Гибкий провод 3, припаянный к верхнему электроду выпрямительного элемента, выходит наружу через изолирующую втулку 4 из свинцового стекла. Наружный конец гибкого провода имеет наконечник 2 для присоединения вентиля к электрической цепи.
Схема выпрямительного агрегата с полупроводниковой выпрямительной установкой ПВЭ-3 или ПВЭ:5 принципиально не отличается от схем агрегатов с ртутными выпрямителями, показанных на рис. 29 и 30. Для питания такой выпрямительной установки может быть использован один из двух типов трансформаторов: УТМРУ-6300/35 (два параллельно включенных трансформатора на один агрегат) или ТМПУ-16000/10.
Выпрямительная установка ПВЭ-3 (на вентилях BJI) предназначена для работы как по нулевой, так и по мостовой схеме. При нулевой схеме вторичные обмотки тяговых трансформаторов соединяются в две обратные звезды с разделительным реактором; при мостовой схеме эти обмотки соединяются в звезду. Оба способа соединения соответствуют шестифазной схеме выпрямления» т. е. частота пульсации выпрямленного тока в шесть раз превышает частоту питающей сети.
На многих подстанциях работают выпрямители УВКЭ-1 с принудительной вентиляцией; принцип действия и схемы их аналогичны агрегату с ПВЭ-3. Они отличаются только количеством шкафов (у УВКЭ-1 —6 шт., у ПВЭ-3 — 2 шт.).
Напряжение выпрямленного тока 3300—4000 В (в зависимости от типа трансформатора). Обе установки рассчитаны на длительный режим работы с номинальным 'выпрямленным током 3000 А. Для защиты вентилей выпрямительной установки от атмосферных перенапряжений на входе выпрямителя включают разрядники РВМ-6.
В комплект выпрямительной установки входят шкафы с вентилями и устройством защиты от пробоя вентилей. Каждая фаза выпрямительной установки состоит из пяти параллельно соединенный ветвей, в каждой ветви включено последовательно 24 вентиля.
Для облегчения равномерного распределения обратного напряжения по последовательно включенным вентилям и для снятия внутренних коммутационных перенапряжений параллельно каждой пятерке вентилей Д включают шунтирующие резисторы Rm и цепочку RKCK (рис. 34). Параллельные цепочки вентилей соединены резисторами связи Rc, которые позволяют сократить общее число шунтирующих резисторов и емкостей. Сигнальные лампы Л подключены через добавочные резисторы Rn.
Охлаждение полупроводниковых выпрямительных установок с принудительной вентиляцией осуществляется потоком воздуха, создаваемым центробежными вентиляторами производительностью 15000 м3/ч. Температура воздуха на входе в канал шкафа должна быть не выше 40° С, а на выходе — не выше 60° С. Каждый выпрямительный агрегат имеет свой вентилятор. При двух выпрямительных агрегатах на подстанции устанавливают либо один дополнительный (резервный) вентилятор, включающийся автоматически при выходе из строя одного из основных вентиляторов; либо два вентилятора (рабочий и резервный) на каждый агрегат.
Для подвода воздуха от каждого вентилятора к агрегатам под полом здания подстанции сооружают воздуховоды. Для распределения охлаждающего воздуха между шкафами их устанавливают на общий вентиляционный короб.. Воздуховод от резервного вентилятора подходит к коробам обоих агрегатов. Резервный вентилятор подключен к агрегату при помощи автоматических заслонок.
Вентиляторы засасывают воздух из машинного зала. Затем воздух направляется снова в верхнюю зону машинного зала (в зимнее и переходное время). В летнее время воздух выбрасывается наружу.
Предусмотрено двустороннее обслуживание каждого шкафа выпрямителя (имеются специальные двери). Двери шкафов снабжены электромагнитными замками ЗБ-1, исключающими возможность открывания дверей при включенной установке. Кроме того» двери блокированы контактами ВК-411, которые отключают установку, если двери по каким-либо причинам все же открылись.
В центральной части шкафа, например для УВКЭ-1 расположены блоки вентилей 2. Блоки размещены по обе стороны воздушного канала. Блоки — съемные, что позволяет очищать воздушный канал и менять охладители. Рядом с блоками вентилей установлены панели 10 с цепочками R—С и блоки защиты 4, в которых собрана аппаратура, защищающая установку от пробоя вентилей, исчезновения питания в цепи защиты, прекращения охлаждения.
Установка снабжена, также предупредительной и аварийной сигнализацией. При пробое одного вентиля в фазе появляется соответствующий сигнал, при пробое двух-трех вентилей в одной последовательной цепи какой-либо фазы установка отключается.
Защита от пробоев вентилей осуществлена при помощи фоторезисторов. При пробое одного из вентилей загорается шунтирующая его лампа, освещающая фоторезистор, сопротивление которого при этом резко уменьшается. Ток в цепи фоторезистора возрастает. Полученный таким образом сигнал усиливается и подается на вход промежуточного реле. Последнее включает цепь предупредительной сигнализации, извещающей о пробое одного вентиля. При пробое другого вентиля в этой же ветви загорается еще одна лампа или гаснет первая (в зависимости от того, какой из вентилей последовательной цепи пробит). Несколькими реле данный сигнал преобразуется в команду на отключение установки.
Нормальная схема защиты после отключения установки и устранения неисправности восстанавливается нажатием кнопки возврата на пульте управления. При исчезновении напряжения в цепи защиты специальное реле замыкает свой контакт, который подает питание в цепь отключения установки. Купить полистирол в Тюмени по низкой цене.
Для защиты от прекращения охлаждения (срыва вентиляции) Служит ветровое реле. Когда система вентиляции работает, его контакты размыкаются потоком воздуха. При прекращении потока воздуха контакты реле замыкаются, в результате чего подается сигнал на отключение установки. Работа установки без охлаждения не допускается. Защита от прекращения охлаждения осуществляется при помощи терморезистора, который при прекращении воздушного потока нагревается, вследствие чего его сопротивление снижается. Полученный таким образом сигнал может быть использован как в схеме сигнализации, так и для отключения установки.
Ввод в шкаф переменного тока и вывод выпрямленного тока осуществляется при помощи проходных изоляторов П-10/1000. В Шкафу имеется рейка с зажимами для подключения контрольных кабелей цепей управления и защиты.
Выпрямители ПВЭ-5 состоят из шести шкафов, предназначенных для установки на открытом воздухе и не требуют принудительной вентиляции. Для обеспечения интенсивного охлаждения вентили снабжены специальными радиаторами, которые изготовляются из теплопроводного алюминиевого сплава и обеспечивают отдачу выделяемого вентилями тепла в окружающую атмосферу. Поэтому такой выпрямитель не имеет дополнительной защиты от срыва вентиляции, а также схем автоматики, обеспечивающих включение вентиляционных устройств. Особенностью конструкции таких выпрямителей является размещение на крышке шкафов специальных конструкций для шин 3,3 и 10 кВ, идущих соответственно от тягового трансформатора к вентилям, от вентилей к РУ 3,3 кВ и от РУ 10 кВ к тяговому трансформатору. На некоторых подстанциях работают также полупроводниковые выпрямители с масляным охлаждением — УВКМ и ВКМБ-1. У этих выпрямителей блоки с вентилями погружены в маслонаполненные кожухи, а вместо принудительной вентиляции имеется специальный насос, обеспечивающий циркуляцию масла.
Шкаф разрядников для всех типов выпрямителей рассчитан на наружную установку (поз. 3 на рис. 36). На его крышке расположено шесть высоковольтных вводов ПНБ-6/400. Внутри шкафа под вводами размещены высоковольтные предохранители и разрядники.
Шкаф рассчитан на одностороннее обслуживание. Двери снабжены электромагнитными замками ЗБ-1 и конечным выключателем ВК-411. Выпрямитель дополнен шкафом с разрядниками и земляным реле.