Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Синхронизирующие устройства (СУ)




 

Назначением СУ является привязка включающих импульсов тиристоров к определенным точкам синусоидального напряжения питания силовой части преобразователя. Поэтому, если преобразователь трехфазный, на СУ должно быть непременно подано 3-х фазное питающее напряжение.

Простейшим, наиболее распространенным СУ-ом является трансформатор. В качестве примера рассмотрим СУ, которое используется в системах управления 3-х фазных мостовых преобразователей. Схема этого устройства, представляющего собой трансформатор, на первичную обмотку которого подается трехфазное напряжение сети, изображена на рис 32:

Рис 32

 

В соответствии с принципом действия 3-х фазного мостового ТП на его тиристоры при шестиканальной системе управления должны поступать включающие импульсы, сдвинутые друг относительно друга на угол p/3. Вторичные обмотки синхронизирующего устройства выполнены со средней точкой, причем, эта точка соединяет начало и конец каждой полуобмотки. Поэтому со вторичных обмоток снимается шестифазное напряжение, векторная диаграмма которого представлена на том же рисунке. Схема позволяет использовать как фазные, так и линейные напряжения вторичных обмоток синхронизирующего устройства.

Так точке естественной коммутации линейных напряжений “ау” и “az” (1) соответствует переход через нулевое значение напряжения “bz” (2).

 

Рис 33

 

Этот переход может быть легко зафиксирован с помощью вентильного элемента и, значит, в этот момент может быть послан импульс в фазосдвигающее устройство, которое, с этого момента начинает отсчет угла a. Т.о. синхронизирующее устройство определяет момент естественной коммутации и в это время посылает сигнал в ФСУ.

Недостатком синхронизирующих устройств, выполненных в виде трансформатора, является чувствительность параметров напряжений вторичных обмоток к амплитудным и фазовым искажениям питающей сети, а также к различного рода помехам, возникающим в ней при эксплуатации. Для устранения этих помех к СУ подключают различные фильтры, как пассивные, состоящие обычно из реактивных элементов, так и активные.

 

3.5.2.2. Фазосдвигающее устройство (ФСУ).

 

Назначение ФСУ в СИФУ ТП - регулирование фазы включающих импульсов тиристоров. Возможны различные принципы их реализации, но неизменным является то, что ФСУ осуществляет сдвиг импульса относительно момента естественной коммутации в сторону запаздывания на угол a, величина которого регулируется в зависимости от значения управляющего напряжения UУ . Мы рассмотрим два принципа фазосмещения, нашедших распространение в реальных ТП. Один из них называется вертикальный, другой- интегральный принципы.

 

3.5.2.3.Вертикальный принцип фазосмещения управляющих импульсов ТП.

 

Сущность вертикального фазового управления заключается в сравнении переменного напряжения (пилообразной, синусоидальной, треугольной и других форм) с постоянным напряжением регулируемой величины, поступающим от устройств автоматического регулирования. На рис 34 представлена структурная схема одного из вариантов ФСУ подобного типа. Основными узлами его являются генератор пилообразного напряжения (ГПН) синхронизированный с синусоидальным питающим напряжением с помощью СУ, нуль-орган НО (компаратор) и источник регулируемого постоянного напряжения, величина которого UУ регулируется вручную или автоматически.

В этой схеме формирование включающего импульса происходит в момент равенства пилообразного напряжения генератора Uг и напряжения управления UУ. При изменении UУ изменяется фаза управляющего импульса. Функции сравнивающего устройства выполняет нуль- орган “НО”, на входы которого поступают напряжения UУ и Uг. Нуль- орган может быть выполнен по различным схемам и на разной элементной базе. Например, может быть использована схема компаратора, выполненная на операционном усилителе.

Генератор пилообразного напряжения в описанной схеме имеет линейно спадающее напряжение, мгновенное значение которого сравнивается с UУ. Обычно в таких ГПН используется процесс заряда емкости постоянным по величине током.

Рис 34

 

Недостатком этого ГПН является нелинейность характеристики “вход-выход” тиристорного преобразователя. Эта нелинейность обусловлена нелинейной зависимостью Ed = ¦(a). При линейном пилообразном напряжении сохраняется линейная зависимость a = ¦(UУ ), но зависимость выходной ЭДС от UУ остается нелинейной. Это обстоятельство является существенным недостатком ТП, т.к. в системах АЭП приходится устранять эту нелинейность теми или иными методами.

Иногда указанная нелинейность компенсируется за счет нелинейности опорного напряжения (переменное напряжение, которое сравнивается по величине с UУ ). Нелинейность опорного напряжения должна быть такой, чтобы она компенсировала нелинейность регулировочной характеристики ТП. Чаще всего в качестве опорного напряжения используется часть синусоиды напряжения питания ТП, а именно ее косинусоидальная часть.

На рис 35 изображена диаграмма напряжения трехфазного нулевого ТП, а также, диаграмма напряжений при формировании управляющих импульсов. Как и на предыдущей диаграмме здесь реализован вертикальный принцип фазосмещения. При этом, в качестве опорного напряжения использована косинусоидальная часть переменного напряжения не участвующей в коммутации фазы. Так, при коммутации фаз “a”-“b” опорным напряжением является “перевернутая” фаза “c”; при коммутации фаз “b”-“c”, опорное напряжение- “перевернутая” фаза “а” и т.д.

В соответствии с диаграммой, зависимость угла a от UУ - арккосинусоидальная (a = arccos UУ ), зависимость Ud от a - косинусоидальная (Ud = Ud0 cos a ). Зависимость же Ud = ¦(UУ ), вследствие того, что одна нелинейность компенсирует другую, оказывается линейной. Это показано на рис 36:

 

Рис 36

 

Достоинства описанной системы очевидны. Линейность характеристики вход-выход тиристорного преобразователя существенно облегчает включение его в систему автоматического регулирования координат электропривода.

Во-вторых, облегчается синхронизация опорного напряжения с напряжением питающей сети, т.к. это опорное напряжение не что иное, как часть синусоиды одной из фаз того- же напряжения сети. Однако, на пути внедрения этой системы стояли некоторые объективные трудности. Дело в том, что напряжению сети свойственна некоторая нестабильность, что затрудняло использование его в качестве опорного напряжения. Такая нестабильность, как высокочастотные искажения синусоиды устраняется с помощью фильтров. Сложнее преодолеваются трудности, связанные с “посадками” напряжения, которые допускаются “Правилами эксплуатации электроустановок” в определенных пределах. Но в СИФУ уменьшение амплитуды опорного напряжения чревато пропусками управляющих импульсов, что недопустимо. Во избежание этого, в высшей точке опорного напряжения создается импульс напряжения, что не позволяет UУ при максимальных его значениях избежать пересечения с Uопорн .(рис 35).

Наконец, последняя трудность связана с изменяющимся наклоном кривой опорного напряжения. Чувствительности нуль- органа может не хватить для четкого его срабатывания, когда опорное напряжение выполаживается, т.е. в верхней и в нижней точках.

Возможность преодоления этого затруднения реализовалась, когда появились компараторы на операционных усилителях с очень большими коэффициентами усиления. В настоящее время СИФУ, обеспечивающие линейность характеристики “вход- выход” ТП получают все более широкое распространение.

 

3.5.2.4.Интегральный принцип фазосмещения управляющих импульсов ТП.

 

Сущность этого принципа фазосмещения можно прояснить, рассмотрев структурную схему, изображенную на рис 37:

Рис 37

 

В схему входят следующие элементы:

1. Синхронизирующее устройство(СУ);

2. Регулятор тока (РТ), обеспечивающий ток заряда интегрирующей емкости (си), значение которого определяется величиной управляющего напряжения UУ ;

3. Пороговый элемент (ПЭ) срабатывает при достижении потенциала заряда емкости (си ) порогового значения. При срабатывании ПЭ емкость разряжается через него на выходное устройство (Вых.У), которое формирует управляющий импульс на тиристор.

Схема работает следующим образом:

В моменты естественной коммутации СУ посылает сигнал (импульсы) на РТ. Начиная с момента естественной коммутации РТ обеспечивает заданное значение тока заряда емкости си . Время накопления заряда на емкости до величины потенциала срабатывания порогового элемента- это время задержки подачи управляющего импульса на управляющий электрод тиристора. Оно определяет величину угла управления “a”. Дальше схема работает так, как сказано выше.

Достоинством схем с интегральным принципом фазосмещения является их простота и надежность. Их недостаток- более низкая точность поддержания величины угла “a” на заданном значении. Такие системы находят применение в маломощных ТП с нежесткими требованиями к статическим и динамическим показателям электропривода. Диапазон мощностей электропривода с описанными ТП - (2¸15)кВт.

 

3.5.3.Входные устройства СИФУ ТП.

 

Назначение входного устройства - сформировать аналоговый сигнал управления (UУ ) на СИФУ ТП, учитывающий задающее воздействие, воздействие сигналов обратных связей, корректирующее воздействие. Для реализации возложенных на входное устройство (ВУ) функций необходимо осуществить:

· Фильтрацию всех поступающих сигналов;

· Выполнить все необходимые логические действия с поступившими сигналами (суммирование с учетом их знаков, интегрирование тех сигналов, воздействие которых должно определяться их средними значениями);

· Усиление результирующего сигнала;

· Ограничение UУ допустимыми минимальными и максимальными значениями.

Каждая из перечисленных функций выполняется, обычно, своим, специальным, предназначенным для этого устройством, схемная и элементная реализация которого может иметь массу вариантов. Рассматривать эти варианты нецелесообразно, но некоторые тенденции в реализации этих устройств можно отметить:

· Так как мощности поступающих сигналов малы, в качестве фильтров обычно используют пассивные однозвенные R-C фильтры - Г- образные и П - образные;

· Функция суммирования реализуется обычно сумматором, выполненном на операционном усилителе, например, по схеме приведенной на рис 38:

· Усиление результирующего сигнала выполняется усилителем постоянного тока, выполненным на транзисторах либо на операционных усилителях.

Рис 38

 

· Ограничение UУ сверху и снизу может быть реализовано с помощью кремниевых стабилитронов.

 

3.5.4.Выходные устройства СИФУ ТП. (формирователи импульсов).

Обычно в системах управления операции формирования импульсов, их усиления и гальванической развязки с системой управления осуществляются одним узлом, который, в дальнейшем, именуется “выходным устройством” (Вых.У). В других литературных источниках они именуются “формирователями импульсов” (ФИ).

Примером может служить устройство, схема которого представлена на рис 39:

Оно состоит из: выходного транзистора VT, мощность которого позволяет обеспечить все требуемые параметры управляющих импульсов; импульсного трансформатора (Тр- И), со вторичной обмотки которого снимаются импульсы, поступающие на управляющий электрод тиристора.

 

Существенное влияние на параметры включающего импульса в формирователе импульсов (ФИ) оказывает импульсный трансформатор. Одним из основных требований к нему является обеспечение минимального искажения трансформируемого импульса. С этой целью при разработке этих трансформаторов применяют специальные меры по их конструктивному исполнению. В частности, конструкцию магнитопровода и расположение витков первичной и вторичных обмоток выбирают из условий обеспечения минимальных значений потоков рассеяния и межвитковых емкостей. Например, используют кольцевые, витые из пермалоевой магнито мягкой ленты сердечники и экранированный намоточный провод. Это объясняется тем, что потоки рассеяния, характеризуемые обычно в трансформаторе индуктивностью рассеяния обмоток, влияют на передачу фронта импульса. Если индуктивности рассеяния и межвитковые емкости велики, то фронт импульса на вторичной обмотке становится более пологим. В приведенной схеме для интенсивного нарастания тока в первичной обмотке трансформатора в момент формирования импульса введена положительная обратная связь, для чего предусмотрена дополнительная вторичная обмотка трансформатора, включенная в цепь управления (2).

Для предотвращения утечки тока через выходную цепь (Э-К) транзистора и намагничивания сердечника трансформатора этими токами утечки в промежутках между рабочими импульсами, предусмотрен источник запирающей ЭДС (Eзапир.), который запирая транзистор в промежутках между рабочими импульсами, предотвращает подмагничивание сердечника, но не препятствует четкому включению транзистора VT при создании условий для прохождения iвкл.

Диод VD2 , установленный параллельно первичной обмотке трансформатора, затягивает процесс размагничивания импульсного трансформатора в промежутках между рабочими импульсами и, этим самым, защищает транзистор VT от пробоя импульсом перенапряжения, который возник бы при отсутствии VD2 .

Особенностью работы импульсных трансформаторов в ФИ является то, что они передают однополярные импульсы, т.е. работают на частном цикле кривой намагничивания магнитопровода. Это ухудшает использование стали магнитопровода и, следовательно, приводит к ухудшению массо- габаритных показателей трансформатора. Для более полного использования стали трансформатора в некоторых случаях применяют медленное перемагничивание магнитопровода током, противоположным току основных импульсов, что позволяет работать на всей кривой намагничивания.

Масса и габариты импульсного трансформатора в основном определяются амплитудой и длительностью трансформируемых импульсов. Поэтому в мощных ТП, когда имеет место групповое (параллельное и последовательное) включение вентилей, вес и габариты импульсных трансформаторов становятся чрезмерными.

Поэтому в целях уменьшения этих параметров трансформатора может быть использован принцип формирования включающих импульсов, основанный на представлении включающего импульса в виде выпрямленного напряжения высокой частоты. Сущность принципа заключается в следующем: переменное напряжение высокой частоты (20¸100 кГц) от высокочастотного генератора ВЧГ через промежуточный трансформатор Тр1 со средней точкой поступает на трансформатора Тр2 оконечного узла канала управления и далее выпрямляется диодами VD3 , VD4 .

Диоды VD1 и VD2 и транзистор VT используются для формирования длительности включающего импульса. Когда на базу транзистора VT поступает импульс управления UУ (например, с дифференцирующего устройства, задающего длительность включающего импульса), транзистор включается. В результате этого первичные полуобмотки трансформатора Тр2 и вторичные полуобмотки трансформатора Тр1 соединяются между собой через диоды VD1 , VD2 и включающий транзистор VT.

 

Напряжение, возникающее на вторичной обмотке трансформатора Тр2 выпрямляется диодами VD3 и VD4 , фильтруется конденсатором “с” и поступает на управляющий электрод тиристора. Изменяя длительность включенного состояния транзистора VT, можно регулировать ширину включающего импульса. Благодаря высокой рабочей частоте трансформаторы Тр1 и Тр2, выполняемые обычно на ферритовых магнитопроводах, имеют сравнительно небольшие массу и габариты.

Использование трансформаторов для гальванической развязки системы управления (СИФУ ) и силовой части преобразователя имеет ряд недостатков. Основным из них является наличие паразитных (емкостных и электромагнитных) связей между первичной и вторичной обмотками, затрудняющих обеспечение помехозащищенности узлов и элементов преобразователя.

Значительно более перспективными элементами, обеспечивающими гальваническую развязку в цепях преобразователя являются оптронные электронные приборы, например, оптопары (оптроны).

Оптрон- это прибор, состоящий из двух элементов: управляющего и управляемого, между которыми имеется только оптическая связь. Последняя практически не чувствительна к изменениям электромагнитного поля, что позволяет использовать оптопары для развязки цепей и не прохождения от одной цепи к другой различного рода помех.

Управляющим элементом оптопары- источником света- обычно является арсенидогаллиевый светодиод, излучающий свет при токах

(5-20)mА и напряжении (1.2-1.5)В.

В качестве управляемого элемента- приемника света- обычно используются фотодиоды, фототранзисторные и фототиристорные полупроводниковые приборы.

На рис 41 представлена одна из типовых оптоэлектронных тиристорных схем, используемых в качестве оконечного узла выходного устройства. Для согласования параметров силового тиристора VS2 и входных параметров фотодиодного оптрона “Опт” в схеме используется промежуточный тиристор VS1. Следует отметить, что в рассматриваемой схеме благодаря использованию оптрона влияние режима работы силового тиристора на электрические цепи СИФУ - незначительно.

Для управления мощными фототиристорами разработан и применяется оптический способ. Сущность этого способа заключается в использовании для включения фототиристоров мощного направленного светового потока. В качестве источника такого потока могут быть, в частности, использованы лазеры.

 







Дата добавления: 2014-11-12; просмотров: 1579. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2020 год . (0.01 сек.) русская версия | украинская версия