Разработка электрической схемы СИФУ

 

В настоящее время системы импульсно-фазового управления (СИФУ) тиристорами выполняется в основном вертикального типа. Воспользуемся схемой управления электроприводом УКЭ-Л-3101 (приложение 2).

Система импульсно-фазового управления предназначена для преобразования непрерывного управляющего сигнала UУПР в последовательность прямоугольных импульсов управления силовыми тиристорами. Ширина этих импульсов может быть достаточно большой и доходить до десятков эл. град. Для их передачи через малогабаритные импульсные трансформаторы без существенного затухания применяется высокочастотное заполнение, которое в рассматриваемых устройствах обеспечивается заполняющими импульсами частотой 20...50 кГц. Для трехфазной мостовой схемы управления необходимо иметь в виду еще одну особенность. Чтобы обеспечить работоспособность этой схемы во всех возможных режимах, необходимо на управляющий электрод каждого тиристора за период подавать два импульса управления, сдвинутых на 60 эл.град. В соответствии с изложенным диаграмма управляющих напряжений трехфазного мостового выпрямителя имеет вид, показанный на рис. 9.5. Для реализации этой диаграммы может быть предложен следующий алгоритм работы: первый импульс формируется в собственном канале управления, а второй берется из канала тиристора другой группы (анодной или катодной) предыдущей по порядку работы фазы.

В УКЭ-Л-3101 - из трех тождественных блоков фазового управления (БФУ), формирующих управляющие импульсы для двух тиристоров разных групп (анодной и катодной) одной фазы. Структурная схема БФУ приведена на рис. 9.3. БФУ включает в себя следующие функциональные узлы: узел синхронизации (СИНХР), генератор сигнала развертки (пилообразного напряжения) (ГПН), интегральный регулятор (на структурной схеме не показан), компаратор (КОМП), формирователь длительности (ФД), распределители (РАСПР) и усилители-формирователи (УФ) выходных импульсов.

 

Рис. 9.3. Структурная схема БФУ

 

Электрическая принципиальная схема БФУ представлена на электрической схеме управляемого выпрямителя.

 

Узел синхронизации, выполненный на элементах V2...V6, R2, предназначен для формирования разрешающих импульсов и импульсов синхронизации. Временные диаграммы напряжений в различных точках узла синхронизации приведены на рис. 9.4. Синхронизирующее синусоидальное напряжение UСИНХР сдвигается фильтром R1-R7-R8-C4 на угол 30 эл. град. (UC4) и с помощью транзисторов V2...V4 преобразуется в прямоугольные противофазные импульсы длительностью несколько больше 180 эл. град. С коллекторов транзисторов V3 и V4 на входы 5 и 9 микросхемы D1 подаются импульсы логической единицы (разрешающие импульсы), в функции которых осуществляется распределение импульсов управления для противофазных тиристоров. В момент перехода синхронизирующего напряжения на конденсаторе С4 через нуль транзисторы V3 и V4 одновременно находятся в закрытом состоянии, и в точке “Е6” можно наблюдать формирование синхронизирующих импульсов длительностью 4...5 эл. град. (400 мкс). Длительность этих импульсов определяется порогом отпирания транзисторов. Импульсами синхронизации осуществляется “обнуление” интегратора (разряд конденсатора С6 с помощью ключа V1), приведение в исходное состояние и блокирование на время прохождения синхроимпульса компаратора и разряд конденсатора С8 через ключ V15.

Распределители выходных импульсов выполнены на элементах И-НЕ микросхемы D1. При совпадении на входах 4-5 или 9-10 микросхемы двух логических единиц (разрешающего импульса и импульса управления от ФД) на выходе 6 или 8 формируется сигнал, соответствующий логическому нулю. Этим сигналом открывается один из транзисторов V14 или V13 (усилители-формирователи УФ-1 и УФ-2), и импульсы управления поступают на выходы блока. Кроме транзисторов сигнал логического нуля поступает и на выходы 1 и 4 блока и далее в УФ БФУ других фаз, формируя второй управляющий импульс тиристора, сдвинутый на 60 эл. град.

Генератор сигнала развертки (пилообразного напряжения) выполнен на операционном усилителе А1. Разряд интегрирующего конденсатора С6 происходит через транзистор V1 за время действия синхронизирующего импульса. Транзистор V1 до этого момента находится в закрытом состоянии за счет отрицательного смещения на базе через резистор R3.

 

Рис. 9.5. Временные диаграммы напряжений в контрольных точках БФУ

 

В моменты превышения линейно возрастающего сигнала развертки (пилообразного напряжения) над напряжением управления, снимаемого с делителя на резисторах R14 и R15, изменяется знак входного сигнала компаратора (микросхема А2), который скачкообразно меняет состояние, переходя от отрицательного насыщения к положительному (UE8 на рис. 9.5.). Положительная обратная связь через резистор R16 и диод V9 удерживает усилитель А2 в этом состоянии до прихода очередного импульса синхронизации.

Изменение состояния компаратора приводит к перезаряду конденсатора С8 и отпиранию транзистора V17 (формирование логического нуля - UE11 на рис. 9.2.3). При этом на выходах 3 и 11 микросхемы D1, при отсутствии нулевого потенциала на катодах диодов V11 и V12, формируется сигнал логической единицы, длительность которого определяется параметрами цепи R17-C8 и величиной смещения, подаваемого на базу транзистора V17. Величина длительности импульса регулируется резисторами R28. Элементы С8, V17, R17, C8 относятся к формирователю длительности управляющего импульса.

Сформированный импульс поступает на входы 4 и 10 микросхемы D1 и при совпадении с сигналом разрешения от узла синхронизации проходит далее через один из выходных транзисторов V13 или V14 на выход блока (выход 3 или 2). Поскольку напряжение питания UП транзисторов V13 и V14 имеет форму прямоугольных импульсов с частотой 20...50 кГц, то и выходные импульсы управления блока имеют высокочастотное заполнение. Второй выходной импульс, сдвинутый на 60 эл. град., формируется сигналом, приходящим на базу соответствующего транзистора (V13 или V14) из БФУ тиристоров других фаз.

Интегральный регулятор (А1-С3) и цепь обратной связи на элементах V10-R6 предназначены для стабилизации угла управления тиристорами в соответствии с сигналом управления UУПР. Напряжение на выходе компаратора, пропорциональное углу управления используется в качестве сигнала обратной связи. Сформированные управляющие импульсы поступают в силовой блок, электрическая принципиальная схема которого для устройства УКЭ-Л-3101 представлена на рис. 9. Составной частью БС является блок А1 - блок усилителей мощности и импульсных трансформаторов. Усилители мощности (транзисторы V2, V6, V8, V12, V14, V18), управляемые сигналами Упр.V1...Упр.V6 от БФУ, предназначены для формирования импульсов управления тиристорами БС с требуемой амплитудой. Импульсные трансформаторы Т1...Т6 обеспечивают гальваническую развязку силовых цепей и цепей управления.

Заключение

 

Широкое применение в промышленности находят нереверсивные ведомые сетью преобразователи постоянного напряжения на базе тиристорных управляемых выпрямителей. Наиболее часто встречающаяся область их применения - электроприводы постоянного тока, предназначенные для управления скоростными режимами поточных линий и отдельных машин различных производств. Преобразователи обеспечивают возможность построения нереверсивных электроприводов постоянного тока с обратной связью по скорости или ЭДС двигателя.

Управление тиристорами преобразователей осуществляется посредством системы импульсно-фазового управления (СИФУ), предназначенной для генерирования и формирования управляющих импульсов определенной формы и длительности, распределения их по фазам и изменения момента подачи на управляющие электроды вентилей преобразовательного установки. В настоящее время проявляется тенденция к унификации СИФУ различных устройств. Особенно наглядно это прослеживается на примере устройств управления электроприводами типа УКЭ-Л-3101 и ЭКЛ-3102.

Электропривод ЭКЛ-3102 (электропривод комплектный для легкой промышленности со статическими преобразователями, нереверсивный на номинальное выпрямленное напряжение 115 и 230 В) управляет линиями и отдельными машинами полиграфической, текстильной и легкой промышленности, а также поддерживает заданное натяжение при обработке и транспортировании гибкого материала (тканей, нитей, химических волокон).

Устройство УКЭ-Л-3101 (устройство управления электроприводом комплектное для легкой промышленности со статическими преобразователями, нереверсивное на номинальное выпрямленное напряжение 230 и 460 В) предназначено для построения индивидуальных и многодвигательных электроприводов постоянного тока машин и поточных линий текстильной, легкой, полиграфической промышленности, а также промышленности по производству химических волокон.

Приложения

С1 ÷ С3 – МБГЧ-1 4 мкФ х 500 В

QF1 ÷ QF2 – А3711Б 160 А

TV1 – ТС-25/0,66 380 / 220 В

R1 ÷ R6 – МЛТ-2 16 Ом

С4 ÷ С9 – К78-6 0,68 мкФ х 630 В

М1 – П72 =220 В, 14 кВт, 1000 об/мин

VS1 ÷ VS6 – T161-160-5

 

Схема электрическая принципиальная блока фазового управления

 

Регулировочная характеристика U_da=f(a)

 

Внешняя (нагрузочная) характеристика U_d =f(I_d)

Перегрузочные характеристики I_dпрг = f(t)

αкон

αкон

αнач

αнач

Литература

1. Глух Е.М. Защита полупроводниковых преобразователей / Е.М. Глух, В.Е. Зеленов. - 2-е изд. - М.: Энергоиздат, 1982. - 152 с.

2. Диоды и тиристоры в преобразовательных установках / М.И. Абрамович, В.М. Бабайлов, В.Е. Либер и др. – М.: Энергоатомиздат, 1992. - 432 с.

3. Замятин В.Я. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: справочник / В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, В.М. Петухов и др. - М.: Радио и связь,1987.-576 с.

4. Зимин Е.Н. Электроприводы постоянного тока с вентильными преобразователями / Е.Н. Зимин, В.Л. Кацевич, С.К. Козырев. – М.: Энергоиздат, 1981. – 190 с.

5. Комплектные тиристорные электроприводы: справочник / И.X. Евзеров, А.С. Горобец, Б.И. Мошкович и др.; под ред. В.М. Перельмутера. - М.: Энергоатомиздат, 1988. – 319 с.

6. Полупроводниковые выпрямители / В.И. Беркович, В.Н. Ковалев, Ф.И. Ковалев и др.; под ред. Ф.И. Ковалева, Г.П. Мостковой. - 2-е изд. - М.: Энергия, 1978. - 448 с.

7. Руденко В.С. Основы преобразовательной техники: учеб. для вузов / В.С. Руденко, В.И. Сенько, И.М. Чиженко. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1980. - 424 с.

8. Справочник по преобразовательной технике / под ред. И.М. Чиженко - Киев: Техника, 1978. - 447с.

9. Управляемый выпрямитель: методические указания к курсовому проектированию для студентов специальности 200400 / Мин-во общ. и проф. обр. РФ, ИГЭУ, Каф. электроники и микропроцессорных систем; сост. В.И. Шишков, ред. Б.П. Силуянов. – Иваново: Изд-во ИГЭУ, 1998. – 41 с.

10. Характеристики полупроводниковых преобразователей: учеб. пособие / Н.Л. Архангельский, Б.С. Курнышев; Мин-во общ. и проф. обр. РФ, ИГЭУ. - Иваново: Изд-во ИГЭУ, 1993. - 72 с.

11. Чебовский О.Г. Силовые полупроводниковые приборы: справочник / О.Г. Чебовский, Л.Г. Моисеев, Р.П. Недошивин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 400 с.