Глава II. Системы импульсно-фазового управления

1. Показатели сифу

Основными показателями, которыми характеризуются СИФУ, являются: диапазон регулирования угла управления, его погрешность, помехозащищенность по каналам управления и синхронизации, допустимые провалы в сетевом напряжении, вид согласования характеристик управления вентильными комплектами (совместное или раздельное, линейное или нелинейное), асимметрия управляющих импульсов, вид фазовой характеристики ФСУ и получаюшиеся при этом регулировочные характеристики преобразователя, быстродействие, величина запаздывания, длительность бестоковой паузы при раздельном управлении, мощность входного сигнала управления (напряжение и ток). Ряд показателей характеризует выходной управляющий импульс: крутизна фронта тока или напряжения, амплитуда, форма, длительность, внешняя характеристика импульса (ЭДС, ток короткого замыкания).

Максимальный заданный угол управления в режиме непрерывного тока ограничен опрокидыванием инвертирования и равен

, (1)

где - максимальный угол коммутации, который получается при мак-симальных токе якоря иa в инверторном режиме, обычно = 8...15°; - угол выключения тиристора, у обычных (не частотных и т.п.) тиристоров= 2...9° (100...450 мкс); Da - погрешность ФСУ, которая принимается 2...3°. В конечном итоге используются максимальные углы управления не 180°, а 150...170° (и даже 123° [6, с.76]). В режиме прерывистого тока могут потребоваться углы управления до 180(1 + 1/p)°. Углы управления менее 15° практически не используются, поскольку при этом напряжение на якоре превышает номинальное и имеются трудно управляемые подрежимы прерывистого тока. При линейном согласовании минимальный заданный угол управления

. (2)

Минимальные углы управления обычно находятся в пределах 0...30° (возможны до 57° [6, с. 76]). Угол проще вычислять приa=.

Асимметрией управляющих импульсов называют величину отклонения интервалов между ними от интервала повторяемости в установившемся режиме. Основной причиной асимметрии являются разброс параметров элементов в разных каналах ФСУ и ФСН. Асимметрию может вызвать и сдвиг фаз напряжения сети. Обеспечение симметрии является одним из основных требований, предъявляемых к СИФУ, поскольку асимметрия приводит к возникновению сложных биений выходного напряжения [21] и существенно ухудшает технико-экономические показатели системы ТП-Д. Асимметрия не должна превышать 0,5...3° в зависимости от назначения привода.

При работе преобразователей возникают провалы в напряжении сети. Величина провала характеризуется площадью между первой гармоникой напряжения сети, амплитуда которой принимается за 100%, и фактическим напряжением во время провала. Время при этом измеряется в градусах. Большинство преобразователей сохраняет работоспособность при провалах до 400 процентов, умноженных на градус.

В настоящее время принято, что у всех ВИП напряжение управления (входной сигнал) должно находиться в пределах В при токе домА.

2. Фильтры синхронизирующих напряжений

Работа синхронных ФСУ обязательно синхронизируется с сетью. Для этого используют напряжения вторичных обмоток ТСУ. Обычно точкой отсчета является переход синхронизирующего напряжения через нуль, но при наличии высших гармоник эта точка смещается и даже может многократно повторяться. что приводит к непредвиденным изменениям выходного напряження ВИП. Наличие высших гармоник обусловлено работой преобразователей электрической энергии [9, 11], сварочных аппаратов, высокочастотных генераторов и другими причинами. Обычно

наиболее сильно выражены коммутационные гармоники с порядками n = 1, 5, 7, 11, 13 и т.д., которые создают ВИП.

Для подавления высших гармоник после ТСУ устанавливается ФСН, в каждой ячейке (ЯФСН) которго имеется фильр нижних частот. Фильтры могут быть выполнены на R-, C-, L-элементах (пассивные фильтры) либо на операционных усилителях (ОУ) с резисторами и конденсаторами (активные фильтры). К ФСН предъявляются следующие требования [11]:

- подавление высших гармоник до приемлемого уровня;

- создание требуемого фазового сдвига напряжения синхронизации по отношению к напряжению, которое подводится к тиристорам;

- минимальные изменения фазового сдвига первой гармоники и ее амплитуды при отклонениях параметров R,L,C во время работы,а также при быстром изменении гармонического состава напряжения сети;

- идентичность характеристик ячеек ФСН каждой фазы;

- синхронизирующее напряжение на ФСУ, по возможности, должно подаваться с той же фазы сети, которая подводится к тиристору;

- для некоторых ФСУ необходимо гальваническое разделение синхронизирующих напряжений различных фаз между собой.

В общем случае ФСН должен иметь р, или р/2 выходных напряжений в зависимости от используемого ФСУ. От ТСУ может потребоваться в два раза большее количество напряжений [7,рис.31]. Трехфазный (по сетевым обмоткам) трансформатор позволяет получить симметричную систему напряжений с любым количеством фаз и любой начальной фазой. В некоторых случаях для этого может потребовапться соединение вторичных обмоток в зигзаг. На рис.6 представлены ТСУ и ФСН для трехфазного мостового пребразователя. Шестифазное напряжение получается благодаря тому, что у одной половины обмоток выходы берутся от их начал, а у второй половины - от концов. Векторная диаграмма первых гармоник сетевого напряжения показана на рис.6,б, выходных напряжений ТСУ на рис.6,в, синхронизирующих - на рис.6,г. Масштабы диаграмм различны. В зависимости от используемого ФСУ фазные обмотки могут быть изолированными или иметь общую нулевую точку.

Основные свойства фильтра можно оценить по его логарифмическим амплитудной и фазовой частотным характеристикам (ЛАЧХ и ЛФЧХ). По ЛАЧХ виден коэффициент передачи первой гармоники напряжения и степень подавления высших гармоник по сравнению с первой. По ЛФЧХ виден сдвиг по фазе первой гармоники синхронизующего напряжения по сравнению с входным (от ТСУ). Асимптотические ЛАЧХ большинства фильтров, которые используются в ФСН, состоят их двух прямолинейных участков. Начальный участок идет горизонтально, параллельно оси частот, а далее после сопрягающей угловой частотыидет участок наклоненный вниз. Эффективность фильтра определяется его порядком n равным порядку описывающего его дифференциального уравнения и порядку знаменателя передаточной функции. Обычно порядок фильтра равен числу используемых в нем реактивных элементов.

Наклон второго участка ЛАЧХ, как правило, равен -20n дБ/дек. Гармонические составляющие помех с угловыми частотами w > 2_сопр подав-ляются фильтром приблизительно в (0,5...1,0)раз.

Простейший Г-образный RC-фильтр первого порядка представлен на рис.7,а. Резистор в этой и всех последующих схемах является нагрузкой фильтра и одновременно входным резистором ФСУ. Его величина зависит от чувствтельноси элемента, стоящего на входе ФСУ. Если на входе стоит транзистор, то= 4...25 кОм, если стоит ОУ, то сопротивлениепринимается большим. Этот резистор оказывает существенное влияние на характеристики пассивного фильтра. Так. Для фильтров первого порядка ЛАЧХ рассчитывается по формуле

. (3)

В пробразователях используются фильтры с параметрами =4,7 кОм,=(2,7...З,7) кОм,=1 мкФ и др. (рис.7,а)).

Рис.7. Фильтры синхронизирующих напряжений: а...г -пассивные