книги из ГПНТБ / Автоматическое управление газотурбинными установками

в цепи управления, а также тока и напряжения (линии 3 и 4), при которых вентили еще надежно открываются при самой низкой рабо­ чей температуре.

Зона, образованная указанными линиями, является зоной на­ дежного, или гарантированного, включения вентилей. Поэтому амплитуда напряжения Ur и внутреннее сопротивление і?г выход­ ного каскада схемы управления должны выбираться в соответствии

ничных значений тока (линия 3) и напряжения управления (линия 4) при самой низкой заданной рабочей температуре, а при Ur = Urmax

Рис. III.26. Диаграмма управления тиристором.

и R r = i?rmin линия нагрузки не должна пересекать линий допу­ стимых значений напряжения, тока и мощности потерь в цепи упра­ вления. Величина тока, полученная из диаграммы управления, соответствует импульсу управления, действующему в течение всего времени, пока вентиль находится в проводящем состоянии. Однако длительность этого импульса может быть значительно снижена. Это возможно благодаря тому, что при снятии импульса управления тиристор остается в проводящем состоянии, если к 'моменту оконча­ ния действия импульса ток в силовой цепи успел вырасти до значе­ ния, превышающего ток удержания. С уменьшением длительности импульса управления граничное значение тока, полученное из диаграммы управления, может быть увеличено в соответствии с рис. III.27.

Для предотвращения ложного включения вентилей по цепи упра­ вления величина остаточного напряжения, а также величина помех не должны превышать допустимых минимальных значений напряже­ ния, указанных в справочниках для рабочих температур исполь­ зуемых вентилей. Кроме того, не следует превышать допустимого

121

значения отрицательного напряжения, приложенного к управля­ ющему переходу вентиля, так как это приводит к снижению напря­ жений переключения и загиба и к росту тока утечки и обратного тока.

повторитель поступает на вход схемы управления (СУ) тем тиристором, нагрузкой которого служат соленоиды открытия СО (закрытия СЗ) и мультипликатора СМ крана, и на инвертор, стоящий

в цепи СУ балластного тиристора. Импульсы управления начи­ нают поступать на тиристор соответствующего соленоида, тогда как их поступление на средний тиристор прекращается. При этом ти­ ристор Т1 (или ТЗ) открывается, а Т2 закрывается, так как из-за

122

пришло в норму. Поэтому напряжение питания схемы предупреди­ тельной сигнализации сделано импульсным (например, одноили двухполупериодное выпрямленное напряжение). При этом тиристор зажигается и гасится автоматически каждый полупериод, пока существует входной сигнал.

Рис. III.29. Схема тиристорного усилителя для цепоіі аварийной (я)

нпредупредительной (б) сигнализации.

Всвязи с тем, что тиристор может проводить ток только в одном направлении, в тиристорных усилительных устройствах, предназна­ ченных для нагрузки, работающей на переменном токе, приходится

обычно устанавливать два встречно-параллельных тиристора

Рпс. III.30. Схемы ти­ ристорных усилителей переменного тока.

а — на основе встречно-па­

раллельного вклю чения двух тиристоров; б — с тиристо­ ром, включеипым в диаго­ наль выпрямительного мо­ ста.

(рис. III.30, а), каждый из которых пропускает ток только в одном направлении. Реже используется схема, изображенная на рис. III.30, б. Здесь требуется только один тиристор, но необходи-

124

мостъ установки выпрямительного моста, диоды которого Д 1 —Д4 по своим номинальным данным (U0бр, / ср) должны быть эквивалентны тиристорам TI, Т2 (см. рис. III.30, а), делает эту схему экономи­ чески менее выгодной.

Если в схемах, работающих на постоянном токе, достаточно подать единичный кратковременный сигнал, чтобы открыть тиристор на все время отработки команды, то при работе на переменном токе (см. рис. III.30) сигнал управления тиристором (или тиристорами) должен существовать каждый раз, когда ток в цепи снижается до значения, меньшего, чем ток выключения / выкл. Это вызвано тем, что тиристор в эти моменты гасится и, чтобы он начал проводить ток, необходимо наличие сигнала управления. Управление можно

Г =50гц

Рис. -II1.31. Диаграмма работы тиристорного усилителя пере­ менного тока, работающего на активную ід и смешанную iz на­

грузки при токах управления, меньших тока спрямления.

осуществлять двумя способами: 1) подавать непрерывный сигнал, действующий в течение всего времени, пока в силовой цепи должен протекать ток; 2) подавать кратковременные импульсы только на время, пока ток в силовой цепи, снизившийся до нуля, снова не превысит значения тока удержания.

При первом способе из-за условия Ру sg Ру доп может оказаться, что ток управления І'у меньше тока спрямления І спр и тиристор открывается только при достижении некоторого напряжения на аноде — напряжения переключения £/пер (рис. III.31), соответ­ ствующего току управления Гу■ Это явление наиболее заметно в случае, когда нагрузка активная. Очевидно, что мощность, подво­ димая к нагрузке, при этом несколько понижена. В случае индук­ тивной нагрузки в переходный период наблюдается значительное увеличение тока через тиристоры, что необходимо иметь в виду при подборе выходного усилителя.

Применение второго способа также осложнено по ряду причин. Так, при работе с активной нагрузкой, когда фазы тока и напряжения

125

совпадают, источник управляющих сигналов должен обладать по­ вышенной мощностью. Это вызвано тем, что импульс тока управления должен превышать значение тока спрямления, так как импульс приходится подавать в начале полупериода, когда напряжение на аноде тиристора близко к нулю. При работе на реактивную нагрузку из-за сдвига фаз тока и напряжения трудно определить момент подачи сигнала управления. Однако при индуктивной нагрузке * ток управления можно подавать по величине существенно меньше. Это связано с тем, что ток силовой цепи во времени отстает от напря­ жения и при снижении тока до нуля потенциал на аноде тиристора, который должен открываться, уже может достигнуть довольно боль­ шого значения:

Длптельность импульса управления определяется временем нара­ стания тока в силовой цепи до значения, превышающего ток удер­ жания при подаче первого импульса управления, и может быть найдена из выражения

тиристора).

Все приведенные схемы тиристорных усилителей включали в себя схему управления (СУ), которая должна обеспечивать: 1) гальвани­ ческое разделение силовой цепи от логической части систедш; 2) по­ лучение нескольких не связанных между собой цепей для одновре­ менного управления несколькими тиристорами; 3) формирование сигнала управления тиристором при появлении сигнала на выходе логической части схемы; 4) автоматическое согласование момента выдачи импульса управления тиристором с моментом изменения направления тока в нагрузке, обладающей реактивностью.

Очевидно, что основным элементом схемы управления является трансформатор, так как первые два условия могут быть выполнены только с его помощью. Часто оказывается, что схема управления практически состоит только из трансформатора (рис. III.32). Пер­ вичная обмотка его подключается на выход логического элемента (например, «Логика Т» или «Логика М»), а вторичная (или вторич­ ные) — к управляющей цепи тиристора. Иногда для уменьшения размеров сердечника вводится специальная обмотка смещения

* В подавляющем большинстве случаев реактивная нагрузка имеет индук­ тивный характер.

126

(рис. III.33, а), под действием которой поток в сердечнике после прекращения импульса управления изменяется до значения насы­ щения — Ф5 (рис. III.33, б). Таким образом обеспечивается суще­ ственное увеличение диапазона изменения потока: вместо интер­ вала от + Ф Гдо + Ф 5 имеем интервал от —Ф5 до + Ф 5; следовательно, во столько же раз снижается объем сердечника. Диоды Д1 и Д2 в цепи управляющего электрода устанавливаются для защиты упра­ вляющего перехода тиристора от импульсов э. д. с. самоиндукции

Рис. II1.32. Схемы управления трансформаторного тппа на сердеч­ нике нз материала с непрямоугольной ( а) п прямоугольной (б) ха­ рактеристиками.

обратной полярности, наводимой в выходной обмотке после действия импульса управления при снижении потока в сердечнике от + Ф 5 до + Ф Аили до —Ф5.

Если выходная мощность логических элементов недостаточна для управления тиристорами, их сигналы следует предварительно

Рис. III.33. Схема управления с обмоткой смещения транс­ форматора.

усилить, для чего можно использовать соответствующий серийный усилитель или, в крайнем случае, какой-либо из описанных выше транзисторных усилителей.

127

Приведенные схемы управления тиристором являются пассив­ ными, так как они просто трансформирует сигнал, поступающий от логической схемы. Такое устройство может быть использовано для управления тиристорами, установленными в цепях как постоян­ ного, так и переменного тока. В последнем случае, однако, должны выполняться два условия: 1) частота следования импульсов управле­ ния должна значительно превосходить частоту сети переменного тока, чтобы угол отпирания тиристора (угол отсечки) был мал *; 2) им­ пульсы управления должны автоматически ограничиваться до при­ емлемой величины в промежутки времени, когда к аноду тиристора приложено отрицательное на­ пряжение, так как иначе, как указывалось выше, тиристор может выйтп из строя. Для

и

этого между анодом и управляющим электродом устанавливается цепь из диода и резистора (рис. III.34). Величина резистора выби­ рается из условия

U

R ^ B r

U т — U у , доп

где Uу. доп — допустимое положительное напряжение на управля­ ющем электроде тиристора, когда к его аноду приложено отрица­ тельное напряжение U.

Расчет параметров трансформаторов для описанных схем не вы­ зывает трудностей и в случае необходимости может быть проведен по обычной методике.

Другим примером управления тиристором может служить дрос­ сельная схема (рис. III.35). Здесь входной сигнал непосредственно не воздействует на цепь управления тиристором, а лишь подгота­ вливает эту цепь путем перемагничиваиия сердечника с прямоуголь-

* Для этого в схемах применяют специальные тактовые генераторы повы­ шенной частоты, сигналы от которых вводят в логическую схему.

128

ной петлей гистерезиса (ППГ) по обмотке управления wv При нали­ чии напряжения U2, которое может представлять собой либо синусо­ идальное напряжение, изменяющееся с той же частотой, что и на­ пряжение силовой цепи, либо импульсный сигнал от специального источника, работа схемы происходит следующим образом.

Если входной сигнал не поступает, то во время действия напря­ жения U2 поток в сердечнике меняется лишь на незначительную величину *, что практически можно не учитывать. Если при этом активное сопротивление вторичной обмотки w2 значительно меньше входного сопротивления управляющего электрода тиристора (а это легко сделать), то почти весь ток от источника U2 потечет по об­ мотке Wo. Тиристор останется закрытым, так как его ток управления будет очень мал.

При подаче входного сигнала, действующего в промежутке между импульсами (или полупериодами) напряжения U2, сердечник под его влиянием перемагнитится по входной обмотке wy и поток в нем изменится на противоположный (например, на —Фл). В этом случае, когда начнет действовать напряжение £/,, поток в сердеч­ нике опять станет изменяться,чтобы достичь своего первоначального значения, т. е. от —Фг до + Ф 5. При изменении потока в обмотке w2 наводится э. д. с. самоиндукции,.ограничивающая проходящий через нее ток до значения тока намагничивания І 0 [см. выражение (III. 1)]. Эквивалентное сопротивление обмотки w2 при перемагничивании сердечника оказывается значительно больше сопротивления упра­ вляющего электрода, и большая часть тока, создаваемая источни­ ком Uо, пойдет по цепи управляющего электрода тиристора, откры­ вая последний. Время действия импульса управления тиристором определяется временем перемагничивания сердечника по обмотке w2. Для обеспечения надежного включения тиристора оно должно быть больше времени нарастания тока в силовой цепи до значения тока удержания.

Надо отметить, что ток в обмотке w2 при перемагничивании сер­ дечника под действием источника U2 определяется суммой тока на­ магничивания и тока трансформации, протекающего по первичной цепи под действием э. Д. с., наводимой при этом в обмотке w v Очевидно, что чем меньше ток трансформации, тем больше ток упра­ вления тиристором. Поэтому в случаях, когда входная цепь низко­ омная (а выходное сопротивление логических элементов обычно мало), приходится устанавливать в первичной обмотке цепь, содер­ жащую смещенный диод. Эта цепь существенно повышает сопроти­ вление входной цепи по отношению к трансформируемому напряже­ нию. По сути дела, входная цепь в этот момент разрывается, так как к диодам Д1 и Д2 приложено обратное напряжение, создаваемое источником смещения, и диоды заперты.

* Эта величина определяется коэффициентом прямоугольностп гистерезиса материала сердечника А'пр = ф г/ф 5 и тем меньше, чем больше этот коэффи­ циент, так как ДФ = (1 — Япр) Ф5.