14. Фазосдвигающие устройства (рис. 4.21)

В статических преобразователях формирование и регулирование напряжения (частоты) осуществляется путем обеспечения сдвига (задержки) во времени фазы управляющих импульсов силовых тиристоров схемы. Устройства, обеспечивающие указанный сдвиг управляющих импульсов, называются фазосдвигающими устройствами (ФУ). ФУ являются одними из основных функциональных звеньев в системе управления. По способу формирования сдвига ФУ подразделяются на одноканальные и многоканальные. При одноканальном способе сдвиг управляющих импульсов (для всех каналов управления) осуществляется в одном общем ФУ. Распределение же этих импульсов по отдельным каналам (тиристорам) производится специальным распределителем импульсов РИ, (рисунок 4.20, а). При многоканальном способе сдвиг импульсов в каждом из n каналов производится своим фазосдвигающим устройством (см. рисунок 4.20, б).

а) б)

Рис. 4.20. Одноканальный (а) и многоканальный (б) спосо­бы сдвига управляющих импульсов

В зависимости от назначения фазосдвигающие устройства выполняются как с фиксированным, так и с регулируемым сдвигом (задержкой). Строятся схемы ФУ по «горизонтальному» и «вертикальному» принципам. При «горизонтальном» принципе сдвиг входного управляющего сигнала, обычно синусоиды напряжения, осуществляется во времени (по горизонтали) за счет регулирования электромагнитных параметров схемы.

Примером простейшего ФУ, построенного на данном принципе, может служить схема, представленная на рисунке 4.21, а.

Рисунок 4.21. Схема фазосдвигающего устройства, построенная по горизонтальному принципу

Рассмотрим работу схемы. Входное напряжение u_вх подает­ся на первичную обмотку трансформатора Тр, вторичная обмотка которого выполнена со средней точкой. Вторичные полуобмотки трансформатора замкнуты на RС-цель. Ток, протекающий в этой цепи, опережает напряжение на угол, зависящий от соотно­шения активного R и емкостного 1/(ω С) сопротивлений.

Из векторной диаграммы (см. рисунок 4.21,6) видно, что выходное напряжение = сдвинуто по фазе относительно на­пряжения на угол φ. Изменением сопротивления R можно вращать неизменный по величине (при отсутствии внешней на­грузки) вектор выходного напряжения схемы практически в пределах от 0 до 180°. При этом всегда будет выполняться равенство = + , причем угол abe будет прямым углом. Часто в литературе схемы ФУ подобного типа называют фазовращателями.

15. Формирование импульсов (рис. 4.26)

Элементы систем управления, выполняющие различные логи­ческие операции, формируют или имеют на выходе сигналы малой мощности и произвольной формы. Для надежного обеспече­ния функций управления сигналы, поступающие на управляющие электроды тиристоров, должны иметь вполне определенные параметры. Для этого в системах управления предусмотрены спе­циальные устройства, формирующие импульсы необходимой ам­плитуды и формы и подающие их в каналы управления — фор­мирователи импульсов.

Формирователи импульсов (ФИ) формируют импульсы по­стоянной или регулируемой длительности. ФИ во многих СУ осуществляют не только операции формирования формы импуль­сов, но и их усиления, и гальванической развязки с самой систе­мой управления.

Существующие схемы выходных формирователей по принципу действия можно разделить на два типа:

• формирователи с внутренней положительной обратной связью;

• формирователи без внутренней обратной связи.

К первому типу ФИ можно отнести устройства, выполненные на основе блокинг-генераторов, одновибраторов, тиристорных формирователей. Длительность выходных импульсов этих уст­ройств определяется либо внутренними параметрами, либо ин­тервалом времени между включающими и выключающими вход­ными сигналами. За счет внутренних положительных связей дан­ные схемы обладают свойством сохранять в течение некоторого времени свое устойчивое состояние, т. е. они обладают «памятью» состояния.

Формирователи второго типа представляют собой транзистор­ные усилители мощности, работающие в ключевом режиме, с трансформаторным выходом. Они не обладают свойством памяти, длительность их выходных импульсов определяется длительностью входного сигнала. Рассмотрим работу одного из ФИ, схема кото­рого представлена на рисунке 4.25. Он состоит из одновибратора («ждущего мультивибратора») и импульсного усилителя с транс­форматорным выходом. Одновибратор выполнен на транзисто­рах Т1 и Т2 с положительной обратной связью, осуществляемой резистором R4 и конденсатором С1.

Рис. 4.25. Схема формирователя импульсов

Работа схемы заключается в следующем. В исходном состоя­нии все транзисторы схемы закрыты. Для того, чтобы запустить одновибратор, необходимо на базу транзистора Т1 подать управ­ляющий импульс i_y отрицательного знака, который откроет Т1.

Для данной схемы это произойдет тогда, когда суммарный ток управления i_y = i₁ + i₂ + i₃ перейдет через нуль и станет отри­цательным. С открытием Т1 начнется заряд конденсатора С1 ((+)E, Tl, R2, С1, R3, (—)E). Падением напряжения на R3 откроется Т2, и одновибратор начнет формировать импульс, дли­тельность которого определяется постоянной времени τ=R2C1. Т1 поддерживается в открытом состоянии за счет отрицательного напряжения с R5—R6 на базе Т1 (положительной обратной свя­зи) через R4 на интервале времени, пока остается открытым Т2. Т2 закроется после заряда конденсатора С1, при этом падение напряжения на R3 станет равным нулю. Импульс, сформирован­ный одновибратором, поступает на базу транзистора ТЗ усили­теля с трансформаторным выходом. Со вторичной обмотки тран­сформатора Тр усиленный импульс поступает далее на управляющий электрод тиристора. Диод Д1, установленный в первичной обмотке трансформатора, срезает положительную часть импульса возникающую при запирании транзистора ТЗ.

Схемы ФИ подобного типа, несмотря на ряд достоинств (воз­можность суммирования большого числа сигналов, использования схемы в качестве фазосдвигающего устройства и т. д.), облада­ют и недостатками: они способны формировать импульсы относи­тельно короткой длительности, равной τ. Поэтому для формиро­вания импульсов большой длительности применяются схемы ФИ, относящиеся ко второй группе. В основу этих схем положен прин­цип работы управляемых усилителей высокой частоты, основан­ный на модуляции усиливаемых сигналов высокочастотными ко­лебаниями с последующим выпрямлением в выходных устрой­ствах.

Сущность данного принципа поясним на примере работы схе­мы рисунка 4.26. Переменное напряжение высокой частоты (20—100 кГц) от высокочастотного генератора ГВЧ поступает на первичные обмотки трансформатора Tpl, вторичная обмотка которого через диоды Д1, Д2 связана с первичными обмотками трансформатора Тр2.

Рисунок 4.26. Формирователь импульсов с высокочастотным на­полнением

В плечи обмоток, трансформаторов (сред­ние точки вторичной Tpl и первичной Тр2) включен транзистор Т, который совместно с диодами Д1, Д2 составляет цепь схемы, формирующую длительность управляющих импульсов. Когда на базу транзистора Т подается управляющий импульс u_у (для дан ной схемы отрицательного знака), транзистор открывается. В ре­зультате этого первичные полуобмотки трансформатора Тр2 и вторичные полуобмотки Tpl соединяются между собой через ди­оды Д1, Д2 и открытый транзистор Т.

Напряжение, возникающее на вторичной обмотке трансформатора Тр2, фильтруется на емкости С и по­ступает далее через выходное уст­ройство на управляющий электрод тиристора или другое исполнитель­ное устройство. При запирании тран­зистора Т диоды Д1 и Д2 полностью блокируют прохождение тока от трансформатора Tip 1 в первичную об­мотку Тр2. Изменяя длительность открытого состояния транзистора Т, можно регулировать ширину отпира­ющего импульса, равную a_Y (см. рисунок 4.26,6).