книги из ГПНТБ / Анисимов Я.Ф. Особенности применения полупроводниковых преобразователей в судовых электроустановках

о

0 4 Z = H - [

Рис. 2.5. Канал СФУ преобразователя типа ВАКЭП-140-70ПВ.

напряжения ип и напряжения управления L'y, поступающего в СФУ (клеммы 24—25) с выхода блока управления режимами, происхо­

в СФУ напряжения Uy транзистор 77 будет периодически откры­ ваться в моменты, определяемые точками Ѳі, Ѳг (на рис. 2.6 кривые

тора С9 через первичную обмотку трансформатора Тр4 и тиристор D13. В результате во вторичной обмотке Тр4 возникают мощные импульсы тока, передаваемые затем на силовые тиристоры. Ти­ ристор D13 выключается в процессе перезаряда конденсатора С9.

Таким образом, угол включения силовых тиристоров опреде­ ляется положением точек Ѳі, Ѳг, ..., т. е. величиной напряжения уп­ равления L'y.

Система СФУ содержит шесть однотипных каналов, генерирую­ щих импульсы через интервал, равный 60°. Последовательность работы каналов определяется синхронизатором, в качестве кото­ рого в данной схеме выступают вторичные обмотки аЗ, ЬЗ, сЗ, а4, Ь4, с4 трансформатора ТрЗ. Диапазон изменения фазы импульсов превышает 180° и в пределе может быть доведен до 360° за счет увеличения постоянной времени разряда С6—RU, R12.

Достоинства рассмотренной СФУ — ее простота, а также отсут­ ствие влияния сетевых помех на процесс формирования напряже­ ния «п, недостаток — нелинейный характер пилообразного напря­ жения. Нелинейность может быть снижена увеличением постоян­ ной времени разряда, подрегулировка которой осуществляется сопротивлением R11.

Почти аналогичную структуру канала управления имеют СФУ тиристорных преобразователей типа ВАКЗ.

41

Фазосдвигающее устройство преобразователей типа ЭВП содер­ жит диодный коммутатор (рис. 2.7), работа которого основана также на принципе заряда конденсатора с последующим его раз­ рядом. В состав коммутатора входят конденсатор С7, резисторы RH, R12, диоды D3—D5 и две вторичные обмотки синхронизирую­ щего трансформатора. Процесс формирования пилообразного на­ пряжения в данной схеме иллюстрирует рис. 2.8, на котором пред­ ставлены кривые напряжений для канала KCl.

Напряжение на диоде D4 (UDlL) складывается из фазных на­ пряжений иа и ис'. В интервале 0—Ѳг диоды D!k и D5 заперты под действием этого напряжения, и происходит заряд конденсатора С7

нулю. Начальные точки пилообразного напряжения жестко привя­ заны к моментам перехода фазного напряжения сети через нуль. Симметрия управляющих импульсов определяется, в основном, ра­ венством постоянных времени заряда конденсаторов всех шести каналов СФУ и не зависит от изменения в определенных преде­ лах величины и формы напряжений сети. Диапазон изменения фазы импульсов составляет 220—270°.

Сравнение пилообразного напряжения и напряжения управле­ ния, снимаемого с выхода транзистора 77, происходит во входной

рительно заряженный конденсатор С8 разряжается по цепи

43

тиристора D7 вызывает включение его, что, в свою очередь, приводит к разряду конденсатора С9 через импульсный трансфор­ матор ТрЗ и к открыванию соответствующего силового тиристора. После того как в образовавшемся колебательном контуре С9—ТрЗ ток снизится до нуля, тиристор D7 выключается.

Система СФУ рассматриваемой системы управления содержит входное устройство, которое предназначено для ограничения сиг­ нала управления в определенных пределах. Транзистор Т1 откры­ вается после того, как одно из пилообразных напряжений достиг­ нет значения, равного напряжению управления. В открытом состоя­ нии напряжение на выходе транзистора, т. е. между коллектором и эмиттером, равно напряжению управления за вычетом падения напряжения в базовом переходе. Это напряжение и поступает в фазосдвигающее устройство. Ограничение диапазона регулирования и выбор начальной точки осуществляются с помощью узла, состоя­ щего из потенциометра R9, диодов Dl, D2 и источника питания (клеммы 14—15). При превышении допустимого значения управ­ ляющего сигнала открывается диод D1, при снижении до опреде­ ленного заданного значения—-диод D2, после чего напряжение на входе Т1 будет оставаться неизменным.

Для обеспечения нормальной работы трехфазной мостовой сим­ метричной схемы в режиме прерывистых токов, а также при за­ пуске преобразователя на каждый силовой тиристор в течение пе­ риода необходимо подавать два импульса, сдвинутых относительно друг друга на 60°. Рисунок 2.9 иллюстрирует порядок генерирова­ ния импульсов СФУ, при этом предполагается, что нумерация ка­ налов соответствует обозначению вентилей на схеме рис. 1.6, а. Для наглядности при изображении кривых фазных э. д. с. углы коммутации не учтены. На диаграмме представлены последователь­ ности импульсов, подаваемых на каждый из шести тиристоров. По оси абсцисс КС приведены порядковые номера каналов. Каждый из них в определенный момент времени генерирует два импульса, один из которых подается на тиристор, управляемый этим каналом и включаемый в данный момент; другой — на уже работающий ти­ ристор (в режиме непрерывного тока) через импульсный трансфор­ матор предыдущего канала. Например, KCl подает один импульс на тиристор В1 и включает его, другой, дополнительный импульс подается на уже работающий тиристор В6. В режиме прерывистых токов дополнительный импульс также служит для включения ти­ ристора (в данном случае В6).

На рис. 2.10 представлена система фазового управления пре­ образователей типа ПАК. Ее структура также соответствует схеме, приведенной на рис. 2.2, а. Схема СФУ состоит из узла формирова­ ния синхронизирующих импульсов, фазосдвигающего устройства, несимметричного триггера, транзисторных ключей и усилителей мощности. Узел формирования синхронизирующих импульсов со­ бран на основе транзисторов 77, Т2, конденсатора С9 и импульс­ ного трансформатора Тр4. На вход данного узла (клеммы 23—24) из блока питания поступает трансформированное соответствующим

44

образом напряжение сети. С помощью стабилитронов Сті и Ст2 мгновенные значения этого напряжения ограничиваются 8 В. С вы­ прямителя D1—D4 напряжение подается на вход транзистора 77, создавая отрицательный потенциал на его базе. В результате этого

е

Рис. 2.9. Система управляющих импульсов в трехфазной мостовой схеме.

транзистор 77 большую часть периода работы находится в откры­ том состоянии и закрывается только в моменты перехода сину­ соиды напряжения сети через нуль на время, равное 200 мкс.

При открытом состоянии транзистора 77 вследствие поло­ жительного потенциала на базе транзистор Т2 закрыт, а конден­ сатор С9 заряжается через сопротивление R7 от источника пи-

45

тания (клеммы 21—22). С переходом 77 в закрытое состояние открывается Т2 и в силу малости постоянной времени начинается интенсивный разряд конденсатора через транзистор Т2 и трансфор­ матор Тр4. Во время разряда в первичной обмотке трансформа-

Рис. 2.11. Формирование управляющих импульсов в СФУ преобразователя типа ПАК.

тора Тр4 формируется импульс, который передается во входную цепь фазосдвигающего устройства и в соответствующие цепи изме­ рительного блока преобразователя (клеммы 28—29 и 30—31).

Характер протекания процессов в синхронизаторе поясняют кривые «ст, "кі, "кг, представляющие собой соответственно напря­ жения на стабилитронах Сті, Ст2 и коллекторах транзисторов 77, Т2 (рис. 2.11).

47

В состав фазосдвигающего устройства входят конденсатор СЮ, резисторы R9, RIO, транзистор ТЗ, а также стабилитрон СтЗ. В на­ чале каждого полупериода через сопротивления R9, RIO начи­ нается заряд конденсатора СЮ от источника постоянного на­ пряжения (клеммы 22—27). Постоянная времени цепи заряда выбрана так, что полностью разряженный конденсатор за полупе­ риод заряжается приблизительно до напряжения пробоя стабилит­

(участок цепи между клеммами 22—25 на рис. 2.10 не показан). Таким образом формируется пилообразное напряжение на конден­

саторе МсіО-

При достижении ы С ю = 8 В стабилитрон СтЗ пробивается. В мо­ мент пробоя срабатывает триггер Шмидта (выполнен на основе транзисторов Т4, Т5), формирующий прямоугольные импульсы иК5 (напряжение на коллекторе транзистора Т5) с частотой 100 Гц. С выхода триггера импульсы транзисторными ключами (Т6 и Т7) распределяются по двум каналам и затем поступают в выходные каскады, обеспечивая включение маломощных тиристоров DU и D12. Включение, например, DU вызывает мгновенный разряд че­ рез импульсный трансформатор Тр5 предварительно заряженного конденсатора С13 (напряжение «сіз) и формирование управляю­ щего импульса «и, подаваемого на соответствующий силовой тири­ стор. Выходные каскады генерируют импульсы с частотой 50 Гц. Процесс формирования импульсов во втором канале сдвинут по времени относительно первого на полпериода.

§ 2.4. Одноканальные системы фазового управления

Особенность рассмотренных многоканальных СФУ заключается в том, что фазовый сдвиг управляющих импульсов производится в отдельных каналах. Такие системы в силу неидентичности харак­ теристик устройств фазового сдвига каналов, а также параметров других узлов вырабатывают несимметричную систему управляющих импульсов (см. рис. 2.9). Интервалы между импульсами не равны друг другу и в трехфазной мостовой симметричной схеме, напри­ мер, могут отличаться от требуемого, равного 60°, на несколько гра­ дусов в ту или другую сторону. Разброс управляющих импульсов увеличивается, если возникают несимметрия или искажения формы напряжений сети, что может иметь место в судовых электроэнерге­ тических установках.

В этом отношении более совершенными являются одноканаль­ ные системы фазового управления, в которых фазовый сдвиг всех

48

импульсов производится в одном устройстве. Затем импульсы рас­ пределяются по цепям управления силовыми тиристорами. Подоб­ ный принцип управления позволяет существенно снизить несиммет­ рию системы управляющих импульсов по сравнению с многока­ нальной СФУ.

Блок-схема одноканальной системы управления приведена на рис. 2.12 [39]. Она включает генератор задающих импульсов ГЗИ, ключ К, фазосдвигающее устройство ФСУ, синхронизатор С и распределитель импульсов РИ.

В генераторе ГЗИ три фазных напряжения сети предварительно преобразуются в однофазное утроенной частоты, форма которого близка к прямоугольной. Затем из этого напряжения с помощью

Рис. 2.12. Блок-схема одноканальной СФУ.

в шесть раз превышает частоту сети. Задающие импульсы возни­ кают в моменты прохождения через нуль фазных напряжений сети. Несимметричный сдвиг напряжений сети вызывает соответствую­ щее изменение фаз импульсов, в результате заданные углы вклю­ чения вентилей остаются неизменными. Колебания фазных на­ пряжений на амплитуду и начальную фазу импульсов влияния не оказывают.

Устройство ФСУ работает по принципу временной задержки импульсов. Такой блок набирается из нескольких ячеек, основу каждой из которых составляют триггер, сдвоенный эмиттерный повторитель, узлы заряда и разряда конденсатора, на который подается управляющее напряжение L'y и некоторое напряжение смещения. Разность этих напряжений и определяет величину вре­ менной задержки импульсов на выходе ФСУ по отношению к по­ ложению импульсов, поступающих с выхода ГЗИ.

Распределитель импульсов РИ представляет собой магнитоти-