Структурная схема одноканальной системы управления с задающим генератором

ПИ – преобразователь импульсов, распределяющий импульсы по различным выходным устройствам, то есть преобразующий одноканальную систему в многоканальную. Такая схема обычно используется для управления автономными инверторами и преобразователями частоты. В преобразователях с естественной коммутацией тока: ведомые инверторы и выпрямители чаще всего применяют многоканальные СУ.

В таких системах реализация основной функции осуществляется подачей импульса на включение вентилей в определенной фазе относительно питающего напряжения, то есть для систем с фазовым способом управления характерна синхронизирующая связь с питающим напряжением.

Структурная схема многоканальной СУ

УС – устройство синхронизации. Осуществляет начальную синхронизацию управляющих импульсов с напряжением сети.

ФСУ – фазосдвигающее устройство. Изменяет фазу импульсов функции от напряжения управления из-за технологических разбросов (асимметрия импульсов может составлять (3-4)^о).

Функциональные узлы СУ и АР

Устройство синхронизации

В многоканальных устройствах синхронизация производится в каждом канале.

Отпайки a, b, c вторичной обмотки трансформатора Т1 предназначены для регулирования синхронизирующего напряжения и компенсации возможных технологических отклонений параметров элементов схем. На первичной обмотке трансформатора Т1 подается питающее напряжение. Напряжение питающей сети является синхронизирующим. Синхронизация достигается изменением схемы соединения первичных обмоток трансформатора. Искажение питающего напряжения коммутационными провалами (изменение фазы и амплитуды) может нарушить работу СУ, поэтому в цепи синхронизирующего напряжения для выделения основной гармоники напряжения устанавливают фильтры для.

Фильтрация синхронизирующего напряжения вторичной обмотки трансформатора Т1 осуществляется фильтром L1С1,С2. Таким образом исключается возможность асимметрии управляющих импульсов. Напряжение, снимаемое со вторичных обмоток трансформатора Т2 используется в ФСУ противофазных каналов.

Фазосдвигающие устройства

Предназначены для преобразования фазы напряжения управления в соответствующее фазовое положение импульсов, подаваемых на управляющие выводы тиристоров на тиристоров. В качестве опорного используется либо синусоидальное синхронизирующее напряжение, либо напряжение пилообразной формы от специального генератора (ГПН или ГЛИН).

Наибольшее распространение получили ФСУ с пилообразным опорным напряжением; в основе такой схемы лежит цепь RС, в качестве опорного используется напряжение заряда конденсатора от независимого источника постоянного тока. Синхронизация ГПН осуществляется диодным или транзисторным коммутатором. Транзисторные коммутаторы по сравнению с диодными потребляют меньшую модность и обеспечивают большую точность фиксации перехода синхронизирующего напряжения через 0.

ГПН с транзисторным коммутатором:

Положительный полупериод синхронизирующего напряжения – конденсатор С – закорочен открытым переходом эмиттер-коллектор транзистора VT. В момент перехода синхронизирующего напряжения через 0 VT запирается, конденсатор заряжается от источника постоянного тока. Выход ГПН и напряжение управления подключаются на входы схем узлов сравнения (0-органов), которые предназначены для мгновенного переключения при равенстве двух входных разнополярных сигналов они отличаются большим разнообразием. Простейшие нуль-органы – транзистор, работающий в ключевом режиме; схема на двух транзисторах; триггеры, блокинг-генераторы и другие.

С развитием микроэлектроники стали широко применяться операционные усилители, которые обеспечивают высокую точность сравнения как разнополяных, так и однополярных входных сигналов.

Выходные устройства СУ

Предназначены для формирования импульсов управления и подачи их на управляющие выводы тиристоров. Выходные устройства – формирователи осуществляют усиление управляющего сигнала и потенциальное разделение цепи СУ и силовых цепей.

Обязательными элементами формирователей являются усилительный каскад и трансформатор. Для управления тиристорами широко применяются транзисторные и тиристорные усилители. Распространенной схемой формирователя импульсов является схема блокинг-генератора благодаря своей простоте, хорошей форме выходного импульса и малой мощности запускающего сигнала.

Схема блокинг-генератора:

Первичная обмотка w₁ импульсного трансформатора Т включена в коллекторную цепь транзистора VT. В момент подачи управляющего импульса транзистор VT открывается, по обмотке w₁ начинает протекать ток, наводится ЭДС в обмотке w₂, которая форсирует процесс открытия транзистора VT. Обмотка w₃ выполняет роль выходной обмотки.

Съема блокинг-генератора используется в качестве запускающего элемента тиристорного формирователя.

Схема тиристорного формирователя:

 

Тиристорный формирователь питается от сети питающего напряжения, синхронизированного. В нерабочий полупериод за счет диода VD конденсаторы С1, С2, С3 заряжаются до амплитудного значения питающего напряжения. При открытии тиристора VS1, который включается в работу сигналом от блокинг-генератора, происходит разряд конденсаторов на первичную обмотку w1 изолировочного трансформатора Т. Поскольку время разрояда конденсатора С1-С3 различно, то изменяя параметры их цепей разряда можно получить выходной импульс с необходимыми параметрами. Изолировочный трансформатор Т может иметь несколько независимых вторичных обмоток, каждая их которых служит для управления одним тиристором. В случае, когда преобразователь имеет большое количество последовательно включенных тиристоров, применяют последовательное включение специальных импульсных трансформаторов, первичные обмотки которых выполнены кабелем с изоляцией на полное напряжение. Такие схемы обычно применяют при напряжении 3 кВ и выше, так как при высоких напряжениях преобразователя невозможно изготовить импульсный трансформатор изоляцией на полное напряжение, удовлетворяющий требованиям передачи импульса с крутым фронтом.

Принципиальная схема устройства для размножения импульсов:

Требования, предъявляемые к управляющим импульсам

Это требования I группы из общих требований, предъявляемых к СУ, они определяют параметры управляющего сигнала (ток и напряжение) и зависят в основном от типа применяемых вентилей и схемы включения – один или несколько вентилей в плече. Для надежного включения тиристора необходим сигнал с параметрами:

- по напряжению – (10-20)В;

- по току – (1-2)А.

при групповом включении тиристоров необходимо соответственное увеличение мощности суммарного сигнала и повышение крутизны импульса, подаваемого на управляющий вывод тиристора. При этом в импульсном режиме работы аппаратуры управления ток и напряжение управляющего сигнала действуют в течение коротких промежутков времени. Электрические импульсы могут быть прямоугольной, пилообразной и экспоненциальной формы.

Основными параметрами, характеризующими импульс, являются:

- амплитуда;

- время импульса;

- длительность фронта;

- длительность спада.

Форма реального импульса отличается от идеальной, поэтому за длительность импульса принимают длительность на уровне 0,1U_и, а длительность фронта и спада – между уровнями 0,1 и 0,9 от амплитудного значения.

Прямоугольный импульс:

Чтобы уменьшить потребляемую мощность очень часто управление тиристорами производят короткими импульсами. Минимальная длительность импульса должна быть не менее (20-30)мкс, так как за время импульса силовой ток тиристора должен достичь значений, больших тока включения.

Предъявляются требования и к крутизне импульса. Необходимо обеспечить высокую скорость нарастания фронта управляющего импульса, то есть крутизна фронта импульса управления должна превышать крутизну нарастания анодного тока.

Применительно к преобразователям, работающим от сети с частотой 50 Гц необходимо увеличивать крутизну импульса управления для уменьшения разброса моментов включения из-за различия характеристик входных цепей отдельных тиристоров с учетом этого S_у>(0,2-0,3)А/мкс.