Системи імпульсно-фазового керування

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 17Следующая ⇒

5.3 Системи імпульсно-фазового керування

5.3.1 Призначення, вимоги та класифікація СІФК

Призначення СІФК полягає у генерації імпульсів керування необхідної амплітуди, тривалості і форми, розподілу їх по відповідних вентилях і визначенні моменту подачі цих імпульсів.

Вимоги до СІФК.

1) Забезпечення достатньої для вмикання тиристорів амплітуди напруги і струму імпульсів керування: (10…20) В, (20…2000) мА.

2) Забезпечення високої крутизни фронтів імпульсів: (150…200) В/ел.градус.

3) Забезпечення регулювання величини кута α у заданому діапазоні з необхідною точністю.

4) Забезпечення симетрії імпульсів керування по фазах випрямляча.

5) Забезпечення достатньої для надійного вмикання тиристорів тривалості імпульсів керування – взагалі їх тривалість може складати (π – α), але це неекономічно, достатньо, щоб вона була такою, коли струм через тиристор за час дії імпульсу перевищує величину струму утримання.

6) Висока завадостійкість.

Класифікація СІФК проводиться за декількома ознаками.

І. За кількістю каналів, для яких формуються імпульси керування:

- одноканальні;

- багатоканальні.

ІІ. За способом керування:

- з горизонтальним керуванням;

- з вертикальним керуванням.

ІІІ. За принципом дії:

- синхронні;

- асинхронні.

У синхронних СІФК відлік затримки видачі імпульсів керування ведеться від незмінної фази мережі. Використовуються як у замкнених, так і у розімкнених автоматичних системах регулювання (АСР).

В асинхронних СІФК відлік затримки ведеться від попереднього імпульсу. Використовуються лише у замкнених АСР.

5.3.2 СІФК з горизонтальним керуванням (ГК)

У таких СІФК керуючий імпульс генерується, коли спеціальна змінна – керуюча напруга – проходить через нуль.

Затримка імпульсу регулюється зміною фази керуючої напруги u_к відносно напруги мережі u_м , тобто ніби зсувом керуючої напруги горизонтально.

Розглянемо роботу СІФК з горизонтальним керуванням на прикладі одного каналу багатоканальної системи керування, структурна схема якого зображена на рисунку 5.8.

Рисунок 5.8 – Структурна схема каналу багатоканальної СІФК з ГК

На рисунку 5.8 позначено:

С – синхронізатор;

ГЗН – генератор змінної напруги;

МФО – мостовий фазообертач (забезпечує регулювання фази напруги u_к від 0 до π);

ФЗП – фазозсувний пристрій;

ФІ – формувач імпульсів (виробляє прямокутні імпульси напруги при проходженні u_к через 0);

ПП – підсилювач потужності (підсилює потужність керуючого імпульсу u_і до рівня, необхідного для надійного вмикання тиристора).

На рисунку 5.9 наведені часові діаграми роботи такої СІФК.

Схема мостового фазообертача та діаграма напруг на ньому зображена на рисунку 5.10.

Схема мостового фазообертача складається з трансформатора TV з двома півобмотками, змінного резистора R та конденсатора С.

u_cd – керуюча напруга (u_к).

Рисунок 5.9 – Часові діаграми роботи СІФК з ГК

Рисунок 5.10 – Мостовий фазообертач (а) та його діаграма напруг (б)

При зміні опору R від нуля до нескінченності кут α змінюється від 0 до π.

Недоліки СІФК з ГК.

1) Висока інерційність у зв’язку з перехідними процесами у RC-колі при вмиканні напруги.

2) Необхідність точної форми та частоти вхідної напруги (напруги мережі).

3) Складність забезпечення ідентичності величини α в багатоканальних СІФК.

4) Складність автоматизації процесу регулювання величини R.

Це обмежує використання горизонтального способу керування.

5.3.3 СІФК з верикальним керуванням (ВК)

У таких СІФК керуючий імпульс генерується в момент зрівняння напруги, що змінюється лінійно, та постійної опорної напруги керування.

СІФК з вертикальним керуванням можуть бути одноканальними та багатоканальними. Останні набули ширшого розповсюдження.

На рисунку 5.11 зображена функціональна схема двоканальної СІФК з ВК.

Рисунок 5.11 – Функціональна схема двоканальної СІФК з ВК

На рисунку 5.11 позначено:

ГЛН – генератор лінійно змінюваної напруги;

ВП – вузол порівняння напруг;

ФЗП – фазозсувний пристрій;

ФІ – формувач імпульсів;

ПП – підсилювач потужності.

Часові діаграми роботи каналу СІФК з вертикальним керуванням наведені на рисунку 5.12.

Рисунок 5.12 – Часові діаграми каналу СІФК з ВК

Під час дії на тиристор позитивної півхвилі анодної напруги u_a ГЛН генерує лінійно змінювану напругу u_л , яка надходить на один з входів вузла порівняння ВП. До другого входу ВП надається постійна опорна напруга U₀ .

У мить, коли u_л = U₀ , на виході ВП формується сигнал, фаза якого й буде кутом керування α, тобто α можна змінювати зі зміною U₀ – ніби по вертикалі.

Вузли ГЛН та ВП виконують роль фазозсувного пристрою ФЗП.

Вузли ФІ та ПП призначені для формування та підсилення імпульсів керування u_i необхідної тривалості.

Кількість каналів СІФК відповідає кількості тиристорів керованого випрямляча.

Переваги СІФК з ВК.

1) Однотипність електронних вузлів обумовлює можливість при їх реалізації широко використовувати інтегральну технологію.

2) Пристрої керування достатньо надійні та дешеві.

5.3.4 Генератор лінійно змінюваної напруги

Схема транзисторного ГЛН (генератора пилкоподібної напруги) зображена на рисунку 5.13.

Рисунок 5.13 – Транзисторний генератор пилкоподібної напруги

На рисунку 5.13 позначено:

TV – трансформатор напруги, вторинна напруга u₂ якого знаходиться у протифазі з первинною напругою u₁ ;

VТ – транзисторний ключ;

R2, R3, C – зарядне RC-коло, стала часу якого

τ_зар = (R2 + R3)C >> T_м ,

де Т_м – період напруги мережі.

Необхідно також забезпечувати R3 << R2.

Працює схема наступним чином.

За позитивної півхвилі u₂ транзистор VТ відкритий, конденсатор С розряджений, вихідна напруга u_л = 0.

За негативної півхвилі u₂ транзистор закривається, а конденсатор заряджається по колу +Е_к – R2 – R3 – C – -E_к.

За наступної позитивної півхвилі u₂ транзистор знову відкривається і конденсатор швидко розряджається до нуля через резистор R3, що обмежує струм через транзистор.

Оскільки τ_зар >> T_м , можна вважати, що напруга u_л змінюється лінійно (використовується лише початкова ділянка зарядної експоненти).

Ці процеси ілюструють часові діаграми, наведені на рисунку 5.14.

Рисунок 5.14 – Часові діаграми роботи генератора пилкоподібної напруги

У сучасних пристроях частіше використовують генератори лінійної напруги, побудовані на основі інтегратора, виконаного на операційному підсилювачі (ОП) і доповненого розрядним транзисторним ключем, як це показано на рисунку 5.15, де інтегратор складається з елементів R2, C і DA2.

Рисунок 5.15 – Генератор пилкоподібної напруги на ОП

Зверніть увагу на те, що розрядний транзистор VT тут емітером підімкнений до інвертуючого входу ОП DA2, що має нульовий потенціал (див. 2.5.9).

Синхронізує роботу генератора з напругою мережі нуль-орган на ОП DA1.

5.3.5 Вузол порівняння

Вузол порівняння, схема якого наведена на рисунку 5.16, виконано на основі ОП DA, що працює в режимі компаратора (схема порівняння напруг – див.2.5.10).

До його інвертуючого входу надходить пилкоподібна напруга u_л , а до неінвертуючого – опорна напруга U₀. Вихід компаратора з’єднано з формуючим ланцюгом: із диференціюючим колом С – R1 і обмежуючим діодним ключем VD – R2, який пропускає до виходу пристрою імпульси тільки від’ємної полярності.

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману