9.4. Системы управления преобразователями

Полупроводниковые преобразователи представляют доволь­но сложные устройства и помимо силового оборудования (вен­тильного блока В и силового трансформатора Тр) содержат систему управления и защиты преобразователя.

В систему управления и защиты преобразователя входят: система управления вентилями преобразователя (СУ), блок токовой отсечки (БО), предназначенный для подачи сигнала на запирание преобразователя при коротких замыканиях и пе­регрузках, и автоматический регулятор (АР), обеспечиваю­щий стабилизацию либо регулирование выходных параметров преобразователя, измеряемых с помощью датчика (Д).

Система управления вентилями преобразователя предназна­чена для формирования и генерирования управляющих им­пульсов определенной формы и длительности, распределения их по фазам и изменения момента подачи на управляющие электроды вентилей преобразователя.

Изменение момента подачи управляющих импульсов осу­ществляется по сигналу от автоматического регулятора или программного устройства, что позволяет управлять выходными параметрами преобразователя в требуемом диапазоне.

Требования, предъявляемые к системам управления полупроводниковыми преобразователями, определяются типом вен­тилей, применяемых в нем, режимом работы (выпрямительный, инверторный, реверсивный, нереверсивный) и характером на­грузки, на которую он работает.

Основными требованиями к системам управления являются:

- достаточная для надежного отпирания вентиля амплитуда напряжения и тока управляющего импульса; для тиристоров 10–20 В, 20–2000 mА; для двух операционных тиристоров 3–10 В, 3–400 мА; для транзисторов 0,5–3 В; 0,1–2 А; для IGBT транзисторов 0,5-3,5 B; 3-25 мA;

- крутизна фронта управляющих импульсов (в полупровод­никовых системах управления крутизну переднего фронта им­пульса следует выбирать до 10 В/мкс);

- широкий диапазон регулирования, определяемый типом преобразователя, режимом его работы и характером нагрузки;

- симметрия управляющих импульсов по фазам.

В связи с тем, что после отпирания тиристора цепь управ­ления не оказывает влияния на его состояние и тиристор запирается только тогда, когда анодный ток становится меньше то­ка отпирания, для управления тиристором достаточны короткие импульсы. Поэтому в настоящее время импульсный способ управления из-за простоты и экономичности нашел наиболее широкое распространение в преобразовательной технике.

Для тиристоров может быть использован импульс длитель­ностью 2m/π, где т – число фаз выпрямления. Однако для уменьшения мощности, выделяющейся в управляющем р–n пе­реходе, а также мощности системы управления целесообразно иметь возможно более узкий управляющий импульс. Длительность этого импульса должна быть такой, чтобы за время его действия анодный ток тиристора достиг значения тока удержа­ния. Недостаточная длительность импульса может привести к тому, что нормальная работа преобразователя окажется невоз­можной.

В связи с тем, что в трехфазном мостовом преобразователе моменты отпирания вентилей катодной и анодной групп сдвинуты во времени на 1/6 часть периода напряжения питания, пуск и работа вентильного преобразователя в области преры­вистых токов возможны или при длительности управляющих импульсов больше 60°, или при подаче на управляющий элект­род последовательно через каждые 60° двух других импульсов.

Системы управления, в которых управляющий сигнал име­ет форму импульса, фазу которого можно регулировать, назы­вают импульсно-фазовыми.

В зависимости от того, в одном или в нескольких каналах вырабатываются управляющие импульсы для каждого вентиля преобразователя, различают одно- и многоканальные системы управления, а в зависимости от принципа изменения фазы управляющего импульса — горизонтальные, вертикальные и цифровые системы.

Системы управления могут быть синхронными и асинхрон­ными. При синхронном импульсно-фазовом управлении угол по­дачи управляющего импульса отсчитывается от определенной фазы напряжения сети, питающей преобразователь. Синхрон­ное управление в настоящий момент является общепринятым.

При асинхронном импульсно-фазовом управлении угол по­дачи управляющего импульса отсчитывается от момента пода­чи предыдущего импульса и не связан в явном виде с коорди­натами сети, т. е. не синхронизирован с сетью питания.

При горизонтальном управлении управляющий импульс фор­мируется в момент перехода синусоидального напряжения че­рез нуль, а изменение его фазы обеспечивается изменением фазы синусоидального напряжения, т. е. смещением этого на­пряжения по горизонтали. Горизонтальное управление не на­шло широкого распространения.

При вертикальном управлении управляющий импульс фор­мируется в результате сравнения переменного (синусоидально­го, пилообразного, треугольного) и постоянного напряжений.

B современных преобразователях управляющие импульсы формирует микропроцессор в соответствии с программой и сигналами с датчиков обратной связи.