Функциональная схема системы управления

Основное назначение системы управления:

1. Создание m- фазной (синхронной или асинхронной по отношению к питающей сети) системы управляющих импульсов, которые способны включить любой вентиль преобразователя;

2. Осуществление сдвига фаз управляющих импульсов относительно напряжения сети с целью изменения выходных параметров выпрямителя, а также защиты выпрямителя в аварийных режимах;

3. Обеспечение устойчивой и надежной работы выпрямителя во всех заданных режимах при колебаниях напряжения и частоты питающей сети, изменениях нагрузки и т. д.;

4. Устранение возможных случайных сигналов- помех, способных включить тиристор;

5. Система автоматического регулирования должна удовлетворять требованиям устойчивости, точности поддержания регулируемого параметра, качества переходного процесса.

Согласно требованиям устройства СУ должны обеспечивать:

- включение одного или нескольких последовательно или параллельно соединенных тиристоров;

- гальваническую развязку СУ от силовой части преобразователя;

- возможность генерирования импульсов во всем диапазоне изменения углов управления, определяемом силовой схемой преобразователя, нагрузкой и параметрами сети;

- элементы СУ должны быть технологичны, унифицированы, не требовать подбора параметров и обеспечивать высокую надежность и помехоустойчивость.

Система управления m- фазного выпрямителя состоит из m каналов управления и содержит следующие элементы (рис.11.1):

Рис.11.1 Структурная схема системы управления.

1) входное устройство ВхУ, создающее многофазную систему напряжений, синхронизированную с напряжением питающей сети;

Наиболее распространенной и простой схемой ВхУ является трансформатор. Его первичная обмотка подключается к сети переменного тока, а со вторичных обмоток снимается синхронизирующее напряжение. К недостаткам данной схемы относится нарушение симметрии выходных напряжений при искажении формы кривой и перекосе фаз сетевого напряжения. Это можно устранить путем применения ВхУ на базе магнитно-транзисторного мультивибратора, собственная частота которого выбирается ниже частоты питающей сети. Для управления трехфазным преобразователем подобная схема должна включаться в каждую фазу.

2) фазосдвигающее устройство ФУ, которое обеспечивает изменение фазы управляющих импульсов относительно напряжения сети;

Существует два способа построения ФУ: одноканальный и многоканальный.

При одноканальном способе управления фазовый сдвиг импульсов во всех каналах осуществляется с помощью одного общего устройства. Структурная схема одноканальной СУ представлена на (рис.11.2).

Рис.11.2 Структурная схема одноканальной СУ.

Выходной сигнал ФУ управляет работой коммутатора, который распределяет сигналы по каналам формирования импульсов. Наличие общего ФУ обеспечивает высокую симметрию системы управляющих импульсов, но при этом система управления оказывается достаточно сложной.

Наиболее простой, надежной и достаточно точной является многоканальная система, в которой сдвиг импульсов в каждом из каналов осуществляется отдельным ФУ.

Применяются различные схемы ФУ: с использованием насыщающего трансформатора, с фазовращающимся мостом и на базе однополупериодного магнитного усилителя. Эти схемы обладают ограниченным быстродействием.

Поэтому в ФУ используют вертикальный способ управления для получения безынерционного управления. Этот способ управления заключается в сравнении напряжения генератора переменного напряжения (опорного), синхронизированного с напряжением питающей сети, и постоянным регулируемым по величине напряжением управления. Формирование управляющего импульса происходит в момент равенства этих напряжений, который фиксируется узлом сравнения (компаратором). Регулируя по величине постоянное напряжение управления, можно безынерционно изменить фазу выходного импульса.

Как видно из принципа действия, ФУ с вертикальным способом управления содержит два основных элемента:

а) генератор переменного (опорного) напряжения (ГПН)

Форма выходного напряжения ГПН может быть различной в зависимости от требуемого диапазона фазового регулирования и принципа действия ГПН. В качестве ГПН могут использоваться вторичные обмотки трансформатора входного устройства. Выходное напряжение при этом имеет синусоидальную форму. Так как сам преобразователь является источником искажений и помех в питающей сети, то для уменьшения их влияния на схему управления на вторичной стороне входного трансформатора необходимо ставить фильтры. С помощью специального соединения вторичных обмоток трансформатора можно получить напряжение ГПН различной формы. На рис.11.3 представлена схема ГПН с использованием трехфазного трансформатора для управления трехфазным выпрямителем. С ее помощью можно получить пилообразное напряжение ГПН.

Рис.11.3 ГПН с использованием трехфазного трансформатора.

б) узел сравнения

Обычно в этом качестве используется эмиттерный переход транзистора. Входное напряжение ГПН включается последовательно с управляющим напряжением Uу. Если ГПН является генератором тока, то возможно непосредственное включение ГПН в цепь база- эмиттер транзистора. Если ГПН является источником напряжения, то необходимо в цепи база- эмиттер предусмотреть токоограничивающий элемент. В этом качестве используют диодный ключ или емкостной ограничитель (рис.11.4).

Рис.11.4. Узел сравнения с диодным ключом.

3) промежуточное устройство ПрУ, которое осуществляет предварительное усиление и формирование управляющих импульсов, получаемых с ФУ.

Это устройство выполняет различные логические операции, связанные с режимом работы силовой схемы выпрямителя или самой СУ: прекращение подачи управляющих импульсов в аварийных режимах, удвоение импульсов в случае использования узких управляющих импульсов, распределение импульсов по каналам управления.

Наиболее простой и надежной схемой ПрУ является усилитель. Используется транзисторный усилитель- ограничитель, в котором полупроводниковые триоды включены по схеме с общим эмиттером, блокинг- генератор, триггер. В одноканальных СУ распределитель является более сложным устройством. Наиболее просто эти функции реализуются с помощью интегральных логических элементов. На рис.11.5 приведена схема распределителя для шести каналов на триггерах с дешифратором. В схеме могут использоваться интегральные элементы серии К155.

4) выходное устройство ВыхУ предназначено для окончательного формирования и усиления импульсов управления.

ВыхУ состоят из генераторов- формирователей и размножителей импульсов. Генераторы импульсов вырабатывают импульсы такой длительности, формы и мощности, которые необходимы для обеспечения надежного включения параллельно и последовательно включенных тиристоров в зоне проводимости. Размножители импульсов предназначены для гальванической развязки СУ от силовой части преобразователя и получения числа импульсов управления, определяемого числом последовательно или параллельно соединенных тиристоров. На рис.11.6 представлена структурная схема ВыхУ.

В качестве активного элемента в ВыхУ могут использоваться транзисторы или маломощные тиристоры. Последние применяются для получения более мощных выходных импульсов для одновременного управления несколькими силовыми тиристорами.

ВыхУ на базе транзисторного усилителя приведено на рис.11.7. Первый каскад (транзистор Т1) работает как эмиттерный повторитель, второй (Т2)- как импульсный усилитель

В ряде случаев функции некоторых из элементов могут быть объединены в одном устройстве. Способы реализации указанных устройств могут быть различны как по типу применяемых элементов, так и по принципу действия.