Системи керування

Вивчивши та опрацювавши цей розділ, студенти повинні пояснити підходи до формування систем керування. Знати структурні схеми фазозсуваючих прист­роїв із лінійним і косинусним принципом керування, а також цифрових систем керування. Вміти визначати значення кута керування.

План (логіка) викладу матеріалу

1. Лінійний принцип керування

2. Косинусний принцип керування

3. Широтно-імпульсні перетворювачі

4. Цифрові системи керування

Ключові терміни та поняття: * система керування, * принцип керування, ^х лінійний принцип керування, *■косинусний принцип керування, ^х імпульс керування, ^х фазозсувальний пристрій, ^х формувач керувальних імпульсів, ^х широтно-імпульсний перетворювач, ^А кут керування, ^х фазова характеристика

Сучасні енергозберігаючі технології вимагають високоточних сис­тем керування та регулювання, які запускають чи зупиняють електри­чні машини, здійснюють захист від аварійних режимів, тощо.

Система керування (СК) — це сукупність елементів і прист­роїв, які залежно від величини заданої вхідної напруги форму­ють керуючі імпульси необхідної потужності. Вони вирішують такі основні завдання — визначення моментів часу подання сиг­налу керування та формування керуючих імпульсів. При цьому вони забезпечують реалізацію таких двох основних функцій:

1) Перетворення керуючого сигналу (напруга, струм, числовий код) у сигнали функції часу.

2) Формування імпульсів керування заданої форми, тривалості та амплітуди.

Для перетворення керувального сигналу (напруги и_к) в кут керування (а ) використовують фазозсувальні пристрої (ФЗП), які використовують розгортувальний сигнал. Такі ФЗП називають пристроями вертикального типу й характеризуються високою швидкодією. Вони реалізуються за лі­нійним принципом чи косинусним принципом керування.

17.1. Лінійний принцип керування

ФЗП з лінійним принципом керування (рис. 89) містить генера­тор прямокутних імпульсів (ГПІ), генератор опорної напруги (ГОН), - компаратор (К) і формувач керувальних імпульсів (ФКІ).

Рис. 89. Структурна схема ФЗП лінійного принципу керування

Робота такого ФЗП базується на порівнянні напруги керування з лінійно-змінною напругою ГОН і характеризується часовими діаг­рамами (рис. 90, а). Кут керування (часовий імпульс) є лінійною функцією керувального сигналу a = KU_K, а фазова характеристика

визначається виразом

Рис. 90. Часові діаграми ФЗП (а) і косинус ним (б) принципом керування

17.1.1. Широтно-імпульсні перетворювачі

Широке застосування знайшли системи керування з використанням широтно-імпульсних перетворювачів (ШІП), які використовуються в конверторах. Структурну схему простого широтно-імпульсного пере­творювача з лінійним принципом регулювання показано на рис. 91.

Рис. 91. Структурна схема широпшо-імпульсного перетворювача і лінійним принципом регулювання: U_BX.K — вхідна напруга керування (керуючої величини): ГЛЗН — генератор лінійно-змінної напруги: СП схема порівняння: ФКС — формувач керуючих сигналів: ЕК— електронний ключ

ГЛЗН формує вихідну напругу U_vsm трикутної форми (рис.92, а), або форми «меандр» (рис.92, б), яка в схемі порівняння порівнюється з вхідною напругою керування с7_{вх к} (опорною напругою). Схеми по­рівняння можуть бути реалізовані на дискретних елементах або на ін­тегральних мікросхемах. Вибір того чи іншого типу СП здійснюється з урахуванням типу силового ЕК, який визначає схему формувача ке­руючих імпульсів. У випадку застосування транзисторного ЕК, для елемента порівняння можна використати швидкодійний операційний підсилювач, а в схемі керування тиристорним ЕК — компаратор, ви­хідний сигнал якого є узгоджений з рівнем керуючих сигналів цифро­вих мікросхем.

Робота широгно-імпульсного перетворювача пояснюється часовими діаграмами напруг, що зображені на рис. 92.

Вихідна напруга СП має два рівні: високий — за умови Uвх.к > Uглзн низький — за умови U_вх..к < Uглзн. Це і визначає час тривалос­ті імпульсів t_1МП. Блок формування керуючих імпульсів відповідно до часу t_імп формує керуючі імпульсні сигнали для тиристорного електронного ключа (рис. 92, а) або сигнали керування транзистор­ним ключем (рис. 92, б). Тип ГЛЗН вибирається залежно від того, який ЕК використано у системі регулювання.

Рис. 92. Часові діаграми напруг широтно-імпульсного регулятора: генератор лінійно-змінної напруги з тиристорним ключем (а); генератор лінійно-змінної напруги форм «меандр» з транзисторним ключем (б)