Досліджувати фазо-імпульсний метод керування тиристором

Лекция 10

Системы управления преобразовательными устройствами

Предназначены для формирования и генерирования импульсов управления определенной формы и длительности, распределения их по фазам и изменения момента подачи их на управляющие электроды вентилей преобразователя.

В преобразовательной технике из-за своей простоты нашел импульсный способ управления.

Основные требование к система управления:

- достаточная амплитуда напряжения и тока управляющего импульса;

- крутизна фронта управляющих импульсов;

- широкий диапазон регулирования;

- симметрия управляющих импульсов по фазам;

- длительность управляющего импульса для тиристоров должна быть -----, где m₂ – число фаз вторичной обмотки трансформатора. Длительность импульса должна быть такой, чтобы за время его действия анодный ток тиристора достиг тока удержания.

- быстродействие системы управления. Время реакции системы на управляющее воздействие должно составлять тысячные доли секунды.

Импульсно-фазовое управление тиристора

Системы управления подразделяются на одно- и многоканальные, а в зависимости от принципа изменения фазы управляющего импульса – на горизонтальные, вертикальные, дискретные и цифровые.

Горизонтальный метод управления

При этом методе формирование управляющего импульса осуществляется в момент перехода синусоидального напряжения через ноль, а изменение его фазы обеспечивает изменением фазы синусоидального напряжения, т.е. смещением его по горизонтали. Структурная схема одного канала системы управления приведена на рис. 1.

Рисунок 1

Напряжение ГПН (генератор переменного напряжения) находится в определенном фазовом соотношении с анодным напряжением вентиля данного канала мостового фазовращательного устройства МФУ, поступает на формирователь импульсов ФИ, где в момент перехода синусоиды через ноль формируется управляющий импульс, который усиливается усилителем мощности ВК.

Угол сдвига фаз регулируется изменением напряжения управления U_у. ГПН и МФУ образуют фазосвигающее устройство ФСУ.

Горизонтальный метод управления не нашел широкого распространения, так как мостовые фазовращатели чувствительны к изменению формы и частоты подаваемого напряжения.

Вертикальный метод управления

Формирование управляющего импульса при этом методе производиться в результате сравнения на нелинейном элементе величин переменного (синусоидального, пилообразного, треугольного) и постоянного напряжения. В момент, когда эти напряжения становятся равными и их равность изменяет знак, происходит формирование импульса. Фазу импульса можно регулировать, изменяя величину постоянного напряжения. В качестве нелинейного элемента обычно применяют транзистор.

На рис. 2 представлена структурная схема одноканальной системы управления однофазным мостовым выпрямителем. Генератор переменного напряжения (ГПН) запускается при поступлении с синхронизатора (С) напряжения в момент появления на тиристорах прямого напряжения, т.е. в точках естественной коммутации (рис. 2). С выхода ГПН напряжение пилообразной формы поступает на устройство сравнения (УС), где сравнивается с напряжением управления U_у. В мент сравнения пилообразного и управляющего напряжений устройство сравнения вырабатывает импульс, который через распределитель импульсов (РИ) поступает на формирователь импульсов ФИ1 или ФИ2 и дальше через выходные каскады (ВК1, ВК2) на тиристоры выпрямителя.

Одноканальная схема управления может быть выполнена для 2-х фазного выпрямителя.

Рисунок 2

Дискретный метод

При работе управляющего выпрямителя вентили открываются с частотой, превышающей частоту питающей сети в m₂ раз. Необходимую последовательность управляющих импульсов с данной частотой можно выработать в автономном импульсной генераторе и затем распределить импульсы по соответствующим вентилям (рис. 3).

Рисунок 3

Цифровой метод управления

Цифровая система управления вырабатывает в цифровой форме под фазы управляющий импульс и преобразует его в фазу импульсов.

Цифровые коды фазы управляющих импульсов хранятся в запоминающем устройстве цифровой системы управления вентильного преобразователя, откуда они поступают на преобразователь «цифровой код – фаза». Преобразователь «цифровой код – фаза» позволяет записывать в регистре Р текущее значение фазы непрерывно (параллельным кодом).

2.2.1 Дослідження амплітудного методу керування тиристором.

Амплітудний метод керування полягає в тому, що на електрод тиристора, що керує, подають позитивну напругу, що змінюється по величині. Тиристор відкривається в той момент, коли ця напруга стає достатньою для протікання через керуючій перехід струму випрямлення. Змінюючи напругу на електроді, що керує, можна змінювати момент відкриття тиристора.

Амплітуднийметод керування, схема якого приведена на рис 2.1 дозволяє проводити регулювання до 180°, а включення тиристора в діагональ випрямного моста - регулювати напругу на навантаженні протягом обох напівперіодів напруги мережі. Конденсатор С1 заряджається через резистори R1 і R2 до напруги, при якій через перехід тиристора, що керує, протікає струм, рівний струму випрямлення. При цьому тиристор відкривається, пропускаючи струм через навантаження.

Рисунок 2.1 –Амплітудний метод керування тиристором

2.2.2 Замалювати тимчасові діаграми напруги на навантаженні, на конденсаторі С1, на тиристорі і на електроді, що керує, при і .

2. 3 Дослідження фазового методу керування тиристором

При фазовому методі керування тиристором за допомогою фазо-обертаючого мосту змінюють фазу напруги, що керує, щодо напруги на аноді тиристора.

На рис. 2.2 приведена схема однонапівперіодного регулятора напруги, в якій зміна напруги на навантаженні здійснюється резистором R2, включеного в одне з плечей моста, з діагоналі якого напруга поступає на перехід тиристора, що керує. Напруга на кожній половині обмотки ІІІ керування повинна бути приблизно рівною 10 В. Решта параметрів трансформатора визначається напругою і потужністю навантаження.

Рисунок 2.2 – Фазовий метод керування тиристором

2.3.1 Замалювати тимчасові діаграми напруги:

- на навантаженні;

- тиристорі;

- діоді VD2;

- електроді, що керує, при і .

Досліджувати фазо-імпульсний метод керування тиристором

Фазо-імпульсний метод керування тиристором відрізняється від попереднього тим, що з метою підвищення точності і стабільності моменту відкриття тиристора на його електрод, що керує, подають імпульс напруги з крутим фронтом.

На рис. 2.3 приведена схема одного з найпростіших пристроїв, в якому використаний фазо-імпульсний метод керування тиристором. При позитивній напрузі на аноді тиристора VD3 конденсатор C1 заряджається через діод VD1 і змінний резистор R2.

Рисунок 2.3 – Фазо-імпульсний метод керування тиристором

Коли напруга на конденсаторі досягає напруги включення одноперехідного транзистора VТ1, він відкривається і конденсатор розряджається через перехід тиристора, що керує. Цей імпульс розрядного струму відкриває тиристор VD3 і через навантаження починає протікати струм. Змінюючи резистором R2 струм заряду конденсатора, можна змінити момент відкриття тиристора в межах напівперіоду напруги мережі.

2.4.1 Замалювати тимчасові діаграми напруги:

- на навантаженні;

- тиристорі;

- електроді, що керує, при і ;

- конденсаторі С1 при і ;

- транзисторі ().