Лекция 9. Системы управления УВ

Для управления тиристорными преобразователями наиболее часто применяются системы импульсно-фазового управления (СИФУ), осуществляющие вертикальный способ управления тиристорами. СИФУ позволяют изменять угол регулирования a в пределах от 0 до 180^о, обеспечивая тем самым изменение выходного напряжения от 0 до номинального значения.

К СИФУ предьявляются следующие требования:

- должна быть обеспечена линейная зависимость угла отпирания тиристора от напряжения управления a=f(U_у),

- амплитуда импульса должна быть достаточной для надежного отпирания тиристора (обычно U_уэ = 8…10 В),

- импульс управления должен быть узким, с крутым передним фронтом, продолжительностью больше, чем время включения тиристора (>100 мкс).

Для надежного включения тиристора практикуют серию из двух и более импульсов управления. Продолжительность серии - не менее 60^о.

К настоящему времени разработано большое количество СИФУ, удовлетворяющее самым разнообразным требованиям. Классификацию СИФУ можно провести по следующим признакам:

- по способу отсчета угла a,

- по типу синхронизации,

- по виду развертываемого сигнала,

- по форме преобразования информации.

По способу отсчета угла a СИФУ делятся на одноканальные и многоканальные. В многоканальных СИФУ отсчет углов для каждого тиристора производится в собственном канале, в одноканальных - одном канале для всех тиристоров. Одноканальное построение СИФУ позволяет исключить различие параметров элементов цепей, задающих выдержку времени, из числа источников аппаратурной погрешности углов a.

По типу синхронизации различают синхронные и асинхронные СИФУ. В синхронных СИФУ определение требуемого момента включения тиристора производится путем отсчета временного интервала от нуля синусоиды напряжения питающей сети, а в асинхронных - от момента предыдущего включения тиристора. В асинхронных СИФУ синхронизация с сетью служит только для ограничения углов a. Вследствие принципа своего действия асинхронные СИФУ могут быть только одноканальными, а синхронные - одно- и многоканальными.

По виду развертываемого сигнала СИФУ делятся на СИФУ вертикального действия (вертикальные) и СИФУ интегрирующего действия (интегрирующие), в которых развертывается соответственно опорный и управляющий сигналы.

Обобщенная схема ФСУ СИФУ в аналоговом варианте показана на рис.7.

ФСУ СИФУ с линейной разверткой служит интегратор И и компаратор К, вырабатывающий командный сигнал U_к на включение тиристора в момент равенства алгебраической суммы сигналов U_и и U_у (U_оп) на его входе. Возврат интегратора в исходное состояние осуществляется в момент подачи импульса синхронизации УС (замыкание ключа УС). При равенстве U_и и U_у К изменяет свое состояние на противоположное, что является сигналом тиристору. В вертикальных СИФУ угол a обычно пропорционален напряжению управления U_у . Если же на вход И подать сигнал управления U_у, то его выходное напряжение U_и будет зависеть от закона изменения U_у(t). На вход К в этом случае поступает сигнал U_оп. СИФУ, построенная по такому принципу, называется интегрирующей, а угол a зависит от среднего значения напряжения управления за интервал от 0 до a. Такая СИФУ будет иметь запаздывание, однако никогда не потеряет управляемости при dU_у/dt > dU_оп/dt.

Последнее однако же происходит в вертикальной СИФУ и является ее недостатком.

По форме преобразования информации СИФУ подразделяют на аналоговые и цифровые. Цифровое исполнение СИФУ по сравнению с аналоговым определяет более высокую технологичность изделия: практически отсутствуют подстройка и наладка при вводе в эксплуатацию, дрейф сигналов, а также обеспечивается высокая повторяемость режимов.

Функциональная схема одного канала СИФУ и диаграммы работы его элементов показаны соответственно на рис.8 и рис.9.

На схеме обозначены:

ИСН - источник синхронизирующего напряжения, обычно выполняется в виде понижающего маломощного трансформатора или (реже) в виде резистивного делителя напряжения. Необходим для синхронизации работы тиристора и его канала управления (СИФУ).

ГПН - генератор периодического напряжения, как правило, линейно нарастающего ("пилообразного"), реже косинусоидального.

К - компаратор (нуль-орган). Здесь сравниваются два напряжения - с выхода ГПН и напряжение управления. На выходе компаратора вырабатывается угол регулирования a.

УФ - усилитель-формирователь импульсов управления, формирующий необходимые параметры импульса управления тиристором: амплитуду, длительность и форму.

ГР - гальваническая развязка, необходимая для разделения высокого потенциала силовой части тиристорного преобразователя и низкого потенциала системы управления, а также для согласования выходного сопротивления УФ с входным сопротивлением тиристора. Обычно выполняется на импульсном трансформаторе или оптроне.

Система управления УВ строится на основе функциональной схемы, приведенной на рис.8. Принципиальная схема одного канала системы управления УВ приведена на рис.10.

На схеме рис.10 обозначено:

VT1 – транзистор генератора периодического напряжения (ГПН). Наклон линейно изменяющегося напряжения генератора регулируется подбором элементов R2, С1. Резистор R1 ограничивает амплитуду напряжения, поступающего с источника синхронизирующего напряжения (ИСН). Диод VD1 отсекает опасное для транзистора VT1 положительное напряжение ИСН.

VT2 – транзистор компаратора (К). Он открывается, если линейно нарастающее напряжение с ГПН превышает заданный уровень напряжения управления U_у.

VT3 – транзистор усилителя импульсов напряжения компаратора.

С2, R6 – формирователь коротких импульсов управления (ФИ) для блока усилителя-формирователя (УФ) канала СИФУ.

VT4 – транзистор усилителя мощности импульсов управления УФ.

ТИ1 – импульсный трансформатор гальванической развязки (ГР). Диоды VD2, VD3 служат для отсечения импульсов отрицательной полярности, т.к. на управляющий электрод тиристора допускается подавать импульсы управления только положительной полярности. Выходная клемма 1 подсоединяется к управляющему электроду, а клемма 2 - к катоду тиристора.