5. Принцип построения систем управления тиристорных

преобразователей

Во всех тиристорных преобразователях применяется импульсно-фазовое управление тиристорами, при котором в момент отпирания тиристора на его управляющий электрод подается короткий импульс напряжения. Импульс имеет крутой передний фронт, чтобы четко фиксировать момент отпирания, а амплитуда импульса выбирается так, чтобы надежно отпереть любой тиристор с нормальными параметрами. Продолжительность управляющего импульса определяется длительностью нарастания анодного тока через тиристор до величины тока удержания Iуд . При превышении током значения Iуд тиристор остается открытым и при отсутствии сигналов управления. Это свойство тиристоров позволяет отпирать их узкими отпирающими импульсами. Ограниченная длительность сигнала управления позволяет значительно снизить мощность, потребляемую системой управления, и размеры ее элементов. Управляющие импульсы на каждый тиристор должны подаваться в определенные моменты, когда анодное напряжение на тиристоре положительно, то есть должна осуществляться синхронизация управляющих импульсов с анодным напряжением тиристоров. Кроме того, для изменения угла α необходимо регулировать фазовый сдвиг между анодным напряжением тиристора и его управляющим импульсом

Существуют разные принципы построения систем импульсно – фазного управления (СИФУ), реализующие указанные функции.

Рис.1.7. Структурная

схема а) и диаграммы

напряжений СИФУ:

б) напряжение на нагрузке, в) опорные напряжения трёх каналов, г) отпирающие импульсы тиристоров.

Наибольшее распространение сегодня получило так называемое вертикальное управление, реализуемое чаще всего в многоканальных системах управления.

В этой системе каждый канал управляет одним тиристором преобразователя, и все они построены одинаково. Поэтому достаточно рассмотреть построение одного канала (рис.1.7.а). Генератор переменного напряжения (ГПН) обязательно связан с питающей сетью и выдает переменное напряжение (опорное напряжение Uоп), синхронизированное с сетью и определенным образом сфазированное с анодным напряжением тиристора. На рис.1.7б показаны диаграммы анодных и опорных напряжений для трехфазной нулевой схемы преобразования, и из них следует, что опорное напряжение какой – либо фазы опережает соответствующее анодное напряжение на 60º.

Опорное напряжение может имеет разную форму: синусоидальную, пилообразную, треугольную.

Опорное напряжение поступает на один из входов устройства сравнения УС (нуль-орган, компаратор напряжений). На второй его вход подается постоянное напряжение управления Uу , с которым сравнивается Uоп. В момент равенства этих напряжение, когда разность Uоп - Uу из положительной переходит в отрицательную, устройство вырабатывается запускающий импульс, поступающий на вход генератора импульсов (ГИ), который непосредственно отпирает тиристор. Из рис.1. 7в непосредственно вытекает, что изменение момента отпирания тиристоров осуществляется изменением величины напряжения управления Uу . Синхронизация опорного напряжения с анодным напряжением тиристора осуществляется так, чтобы при нулевом напряжении управления выходное напряжение также было бы равно нулю. При этом α=90º.

При синусоидальном опорном напряжении технически реализуемый диапазон регулирования угла α обычно не превышает 150º, что недостаточно для реверсивных преобразователей. Кроме того, искажение формы сетевого напряжения создает несимметрию углов управления по фазам. Поэтому наряду с синусоидальным используется пилообразная форма опорного напряжения, при которой диапазон регулирования угла α достигает 170º.

Форма опорного напряжения влияет на вид регулировочной характеристики преобразователя Ud=f(Uу). При синусоидальном опорном напряжении она линейна (рис.1.8а). При пилообразном Uоп она нелинейна (рис. 1.8б).

Рис.1.8 Регулировочные характеристики.

преобразователя

а) при синусоидальном опорном напряжении

б) при пилообразном опорном напряжении

В однофазных мостовых преобразователях часто применяются одноканальные схемы управления, структура которых показана на рис.1.9б В таких системах ГПН вырабатывает пилообразное напряжение, частота которого в 2 раза больше частоты сети. Соответственно в 2 раз больше импульсов вырабатывается устройством сравнения (рис.1.9д). Далее эти импульсы поступают на распределитель импульсов (РИ), который в зависимости от полярности сетевого напряжения направляет их на тот или иной выходной каскад (ГИ).

Рис1.9 Принципиальная схема а) и структурная схема одноканальной СИФУ б) однофазного мостового преобразователя,

в) напряжение на нагрузке,

г) опорное напряжение,

д) запускающее напряжение на входе распределителя импульсов.

е) отпирающие импульсы

четной и нечетной групп тиристоров

В трехфазных мостовых преобразователях всегда проводят ток не менее двух вентилей. Причем каждый вентиль анодной группы поочередно работает в паре с двумя вентилями катодной группы и наоборот (рис. 1.10.б). Поэтому, чтобы такой преобразователь мог бы работать в режиме прерывистых токов, управляющие импульсы на каждый тиристор должны подаваться дважды со сдвигом 60º.Структура подобной схемы показана на рис. 1.10.в.

Здесь синхронизирующая и фазосдвигающая части системы выполнены одноканальной для двух тиристоров, подключенных к одной фазе сети, аналогично рассмотренной выше схеме (рис1.9.б). Поступающие от УС на распределитель РИ управляющие импульсы в зависимости от полярности сетевого напряжения распределяются либо на ГИ1, либо на ГИ2. Импульс, поступивший на ГИ1 и отпирающий тиристор VS1, одновременно подаётся на вход ГИ, отпирающий тиристор VS4. Когда тиристор VS4 выключится и вступит в работу тиристор VS6, то управляющий импульс, включающий VS6, одновременно будет подан на вход ГИ1, включающий VS1 и т. д.

В реверсивных преобразователях с раздельным управлением система управления содержит дополнительные блоки. Во-первых, это датчики состояния тиристоров (ДСТ), определяющие, проводят ли ток тиристоры преобразователя или они все закрыты. Во-вторых, это логическое переключающее устройство, (ЛПУ). Оно, в зависимости от величины и знака напряжения

Рис.1.10 Принципиальная схема (а) трехфазного

мостового преобразователя

б) интервалы проводимости его вентилей и

в) структурная схема одного канала СИФУ

управления Uу и сигналов от ДСТ определяет, с какого преобразователя снимать управляющие импульсы и на какой подавать.