Требования, предъявляемые к су и ар
Основные технические требования подразделяются на 2 группы:
1) требования, определяемые физическими процессами при включении вентилей; определяют параметры управляющего сигнала (ток и напряжение) и зависят в основном от типа применяемых вентилей и схемы включения (один или несколько вентилей в вентильном плече);
2) требования, определяемые параметрами и режимом работы силовой схемы; определяют такие характеристики, как диапазон регулирования, порядок следования и взаимную ориентацию управляющих импульсов, быстродействие, мощность, помехозащищенность и надежность системы управления. Основное требование – точная симметрия управляющих импульсов. Для наиболее распространенных схем асимметрия не должна превышать (2,5-3)о.
Принципы построения су и ар
СУ подразделяют по способу представления и обработки информации и по способу формирования многофазной системы управляющих сигналов. По способу представления и обработки информации СУ делятся на аналоговые и цифровые. Наиболее прогрессивные на сегодняшний день цифровые, однако наиболее распространены аналоговые. По способу формирования управляющих импульсов системы делятся на одноканальные и многоканальные. Кроме того, по способу реализации основной функции системы делятся на системы с задающим генератором и системы с фазовым управлением. Системы с задающим генератором выполняются как правило одноканальными, то есть импульсы управления всех вентилей преобразователя формируются в одном устройстве. В этом случае частота генерируемых импульсов кратна входной частоте преобразователя и числу его фаз.
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. В полупроводниковых СУ применяется так называемый вертикальный принцип управления, при котором опорное напряжение сравнивается с напряжением управления. В момент равенства этих напряжений происходит формирование управляющих импульсов. При изменении напряжения управления изменяется фаза импульсов, подаваемых 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:
