Система регулирования

СИФУ

Силовая часть

Тиристорный преобразователь

Общие сведения о системе

Комплектный тиристорный электропривод на базе БТУ 3601

БТУ 3601 – “узкая” серия преобразователей БТУ, ориентированная на работу с высокомоментными двигателями. В преобразователь БТУ входят: реверсивная мостовая силовая схема, система управления этим преобразователем и система регулирования электропривода.

Особенности БТУ 3601:

- управление комплектами раздельное;

- СИФУ одно на два комплекта, но по этой причине на входе СИФУ ставят переключатель характеристик;

- устройство логическое, позиционного типа, контроль нуля тока косвенный, с помощью датчика проводимости вентилей.

Структура условного обозначения типоисполнений устройства БТУ представлена на рисунке 8.1.

Функциональная схема электропривода на базе преобразователя БТУ 3601 представлена на рисунке 8.2.

Система регулирования двухконтурная, с подчиненным регулированием. Внутренний контур – это контур тока с адаптивным регулятором. Внешний контур скорости имеет узел зависимого токоограничения, чтобы максимально использовать возможности высокомоментных двигателей.

Узел защиты и блокировки осуществляет:

- максимальную токовую защиту;

- защиту от перегрузки по току (тепловая защита);

- защиту при снижении напряжения в питающей сети.

Кроме защит УЗ и Б осуществляет блокировку с помощью контактного сигнала, который поступает из системы электроавтоматики механизма (при отсутствии этого сигнала (деблокировки) регуляторы зашунтированы, управляющие импульсы сняты).

СИФУ – многоконтурная (трехканальная), синхронная, с пилообразным опорным напряжением и вертикальным принципом управления.

В каждом канале СИФУ формируются управляющие импульсы на тиристоры одной фазы.

В соответствии с рисунком 8.4, канал СИФУ состоит из фильтра, пороговых элементов (первого и второго), формирователя синхронизирующего импульса, нуль органа, формирователя длительности импульсов, распределителя импульсов.

Фильтр (Ф) – предназначен для фильтрации синхронизирующего напряжения и для сдвига этого напряжения на заданный угол (обычно на 30⁰ или 60⁰) с таким расчетом, чтобы начало опорного напряжения совпадало с точкой естественной коммутации (см. рисунок 8.5).

Пороговый элемент (ПЭ) – преобразует синусоидальный сигнал в логический, формируя разрешенные зоны для выдачи управляющих импульсов на тиристоры.

Формирователь синхронизирующего импульса (ФСИ) – предназначен для формирования синхроимпульсов, срывающих интегрирование в ГПН. Синхроимпульсы формируются два раза за период в точках естественной коммутации.

Генератор пилообразного напряжения (ГПН) – формирует опорное напряжение и построен на базе интегратора.

Нуль орган (НО) – фиксирует момент равенства опорного и управляющего напряжения. Так как U_оп всегда положительно, то U_у^* должно быть только отрицательным (-1¸-9 В).

Формирователь длительности импульсов (ФДИ) – формирует управляющий импульс заданной длительности (7¸10 эл. град).

Распределитель импульсов (РИ) – распределяет сформированные управляющие импульсы на фазный и противофазный вентили данной фазы.

Объединение выходов логических элементов ФСИ возможно только в тех случаях, когда выходные каскады элементов пассивные или имеют коллекторный выход (в данном случае открытый коллекторный выход).

НО представляет из себя операционный усилитель без обратной связи. Диоды V9 и V10 служат для защиты от перегрузок входа. R19 служит приведения отрицательного сигнала НО к нулевому логическому. Нулевым сигналом НО переключается RS-триггер и в контрольной точке (8) формируется логический ноль. Возврат триггера в исходное состояние осуществляется синхронизирующим импульсом, т.е. в момент начала очередной пилы.

ФДИ – одновибратор, построенный на транзисторе V6 открыт (протекает базовый ток через R10), С2 заряжен, плюс слева. При формировании нуля в контрольной точке (8) V6 закрывается и остается закрытым, пока не разрядится конденсатор С2. V7 служит для защиты базы от обратного напряжения. Снятие управляющих импульсов осуществляется подачей сигнала от УЗ и Б. Можно запретить подачу управляющих импульсов нулевым сигналом на входе RS-триггера.

На входе СИФУ включен управляющий орган и переключатель характеристик (ПХ) (см. рисунок 8.6).

ПХ предназначен для согласования разнополярного сигнала с системы регулирования (АРТ) с однополярной входной характеристикой СИФУ (на вход СИФУ подают только отрицательный сигнал). В установившемся статическом режиме на выходе ПХ только отрицательные сигналы, положительные могут быть только в динамических режимах (показаны пунктиром). ПХ построен на операционном усилителе и транзисторном модуле на входе, и обеспечивает передачу сигнала с инверсией или без неё. При запрете работы ключи В и Н открыты. На входе ОУ нулевой входной сигнал, на выходе тоже ноль. Когда закрыт ключ В, входной управляющий сигнал U_у поступает на инвертирующий вход А1 (коэффициент передачи k = –1). Когда закрыт ключ Н сигнал управления поступает на неинвертирующий вход через делитель R2-R13 с коэффициентом 1/3 и усиливается в три раза операционным усилителем (k = 1).

Управляющий орган (УО) – служит для ограничения сигнала управления в диапазоне, который определяет минимальный и максимальный сигнал управления (a_min соответствует U_у^* = –1В; a_max соответствует U_у^* = –9В). Так же служит для установки начального угла управления (a₀ = 120⁰).

Усилитель импульсов (УИ) – ключевой усилитель на составных транзисторах (6 штук). В преобразователе установлено 12 узлов импульсных трансформаторов (по количеству тиристоров) (см. рисунок 8.3). С усилителя импульсов сигналы поступают на обе группы тиристоров, но в каждый момент времени работает та группа, которая сигналом с логического устройства ключами Н1 и В1 подключена к источнику питания –12В.

Назначение импульсного трансформатора – для гальванической развязки системы управления и силовой схемы, и для усиления по току.

Резистор 8100 Ом в первичной обмотке служит для ограничения тока:

I_max = 24 B /100 Ом = 0,24 А.

Обычно этот резистор защищает транзисторные ключи.

Шунтирующий первичную обмотку диод защищает от перенапряжения транзисторные ключи как усилителей, так и В1 и Н1. Диод, находящийся ниже, предназначен для развязки узлов импульсного трансформатора одной группы. Диод во вторичной обмотке обеспечивает подачу на управляющий электрод тиристора только положительных импульсов. Точки – одноименные выводы обмоток.

Резистор и конденсатор во вторичной обмотке обеспечивают помехоустойчивость и помехозащищенность канала передачи управляющего импульса. Дополнительно провода связи импульсного трансформатора и тиристора выполняют в виде витой пары с шагом 3 витка на 1см. Это ставит в одинаковые условия связи, идущие к управляющему электроду и катоду.

Узлы управления реверсивным тиристорным преобразователем

Датчик проводимости вентилей (ДПВ) предназначен для формирования сигнала об отсутствии тока в силовой цепи (рисунок 8.7). В данном преобразователе контроль тока косвенный, по напряжению на тиристорах.

Состав ДПВ: оптронные тиристоры, выпрямительные мосты, ограничительные резисторы, составной транзисторный ключевой усилитель. ДПВ контролирует напряжение на тиристорах V2, V4, V6, V8, V10, V12. Выпрямители в схеме ДПВ преобразуют разнополярное разнополярное напряжение тиристоров в однополярное, необходимое для светодиодов оптронных тиристоров. Максимальный ток через светодиод ограничивается с помощью ограничительных резисторов.

U_d: 115 B – R3;

230 B – R3 + R7;

460 B – R3 + R7 + R9.

Оптронные тиристоры выполняют гальваническую развязку силовой схемы и схемы управления. Последовательное соединение тиристоров образуют схемную реализацию элемента “И”, т.е. когда все тиристоры открыты, в схеме протекает ток (рисунок 8.8). Такая ситуация возникает при отсутствии тока в силовой цепи, т.е. когда на всех силовых тиристорах есть напряжение выше порогового U_порог = 25¸40 B. Тиристор выключится только в том случае, когда ток пойдет через ноль. Если один из контролируемых тиристоров проводит ток, то напряжение на тиристоре» 1,2В, поэтому соответствующий светодиод обеспечен, а оптронный тиристор закрыт. Оптронные тиристоры при отсутствии засветки мгновенно выключаются, т.к. протекающий по ним ток меньше тока удержания (I = 15B/680 ×10³» 22мкА), в этом случае составной транзистор открыт и датчик проводимости на выходе формирует нулевой логический сигнал (I_a ¹ 0, U₁₃ = 0, I_d = 0; U₁₃ = 15B» 1 логическая).

Достоинство – информация об отсутствии тока с гарантией.

Недостаток – схема формирует ложные сигналы о наличии тока в силовой цепи в моменты прохождения контролируемых напряжений через ноль. Эти ложные сигналы не приводят к аварии, а увеличивают паузу при переключении комплектов. Контроль напряжения можно осуществить только у одной группы тиристоров (анодной или катодной), т.к. при выключении тиристоров одной группы не может быть тока в силовой цепи.

Логическое устройство (УЛ) – предназначено для выбора нужного комплекта; блокирования рабочего комплекта, при наличии тока (запрещается снятие управляющего импульса), для отсчета паузы при переключении комплектов. В соответствии с рисунком 8.7, состав УЛ: НО, ТЗП, ТИП, СС, З.

НО – нуль орган необходим для преобразования сигнала, поступающего из системы регулирования в логический уровень. Обычно на УЛ подается сигнал с регулятора скорости, уровень которого определяет величину тока, а знак – направление тока (нужный комплект);

ТЗП – триггер заданного положения формирует логический сигнал того положения, в которое мы хотим переключить;

ТИП – триггер истинного положения формирует логический сигнал того положения, в котором находится переключатель;

СС – схема совпадения разрешает включение комплекту вперед или назад, при единичных сигналах на входе;

З – задержка для отсчета временного интервала при переключении комплектов.

Работа схемы: В статическом режиме ТЗП и ТИП находятся в одинаковых состояниях (если единица на контрольных точках 16 и 18, то работает комплект “Н”, если единица на 17 и 19, то “В”). Если находятся в разных состояниях, то идет отсчет задержки, по истечении которой ТИП занимает состояние такое же, как и триггер заданного положения.

Для усиления сигналов УЛ на выходе включены транзисторные ключи “В” и “Н”. При нулевом сигнале УЛ включается комплект “В”, открывается транзистор V22 и через диод V23 в ДТ и ПХ подается потенциал +12В; одновременно открывается составной транзистор V24 и V26, который переключает соответствующую группу импульсных трансформаторов.

Диаграммы сигналов при переключении комплектов представлены на рисунке 8.9.

Система регулирования – двухконтурная (с подчиненным регулированием), внешний контур скорости, а внутренний – тока.

Контур тока (КТ) – адаптивный, в котором так же используется обратная связь по ЭДС (рисунок 8.10).

Контроль выпрямленного тока осуществляется с помощью трансформаторов переменного тока, включенных на входе преобразователя, и двух нулевых трехфазных выпрямителей, нагруженных на низкоомное сопротивление.

Подключение сигнала с ДТ нужной полярности на вход РТ осуществляется с помощью транзисторной сборки V16, которая управляется логическим устройством. При запрете работы комплектов “В” и ”Н” оба транзистора этой сборки будут открыты, поэтому сигнал ДТ равен нулю (управление транзисторами осуществляется по каналу коллектор-база). При работе комплекта “В” положительным сигналом В2 запирается нижний транзистор V16 и на вход РТ поступает сигнал (-I_d), через резисторы R64, R68.