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

и подготавливается третий и т. д. Частота импульсов на каждом выходе РИ равна частоте сети.

Достоинства системы управления заключаются в низкой чув­ ствительности к помехам, отсутствии влияния колебаний напряже­ ний сети на начальную фазу управляющих импульсов, широком диапазоне регулирования. Схема ФСУ проста в настройке и не предъявляет особых требований к идентичности характеристик транзисторов. Симметрия управления в основном определяется симметрией задающих импульсов на входе ФСУ. Мощность управ­ ляющих импульсов обеспечивает надежное включение тири­ сторов.

В рассмотренной схеме фазы импульсов жестко связаны с мо­ ментом перехода фазных напряжений сети через нуль. Поэтому появление несимметрии в системе фазных напряжений вызывает нарушение заданного интервала следования задающих импульсов. Однако одноканальные системы могут выполняться без непосред­ ственной связи расстановки управляющих импульсов с перемен­ ными напряжениями сети [74]. Такая схема характерна тем, что в установившемся режиме даже при существенном искажении переменных напряжений сети импульсы разделены точно заданным интервалом, равным, например в трехфазном мостовом преобра­ зователе, 60°. Таким образом, система управления становится не­ чувствительной к любой несимметрии в электроэнергетической установке.

Преимущества одноканальных СФУ по сравнению с обычными становятся тем существеннее, чем ближе мощности преобразова­ теля и станции. В соизмеримых по мощности установках синхрон­ ный генератор — тиристорный преобразователь данный принцип управления следует считать наиболее рациональным.

В выпрямительных агрегатах типа ВАКС, изготавливаемых на основе трехфазной мостовой несимметричной схемы, СФУ выпол­

дами фазных напряжений первого и второго выпрямителей суще­

На стабилитронах Ст4, Ст5 напряжение Ud преобразуется в.тра­ пециевидное и с т , под действием которого происходит заряд конден­ сатора С9 через резистор R27 с последующим разрядом через диод D8 и резистор R26. В результате заряда и разряда на конденсаторе С9 формируется пилообразное напряжение иС9.

50

Узел сравнения СФУ состоит из транзисторов Т2, ТЗ, Т4, рези­ сторов R16—R18 и конденсатора С9. В этом узле происходит срав­ нение пилообразного напряжения ис9 и постоянного £/э .к , снимае­ мого с транзистора Т2. Последнее является для СФУ управляющим напряжением (Ûy). Алгебраическая сумма ucS и ІІУ представ­ ляет собой знакопеременное пилообразное напряжение ып , дейст­ вующее между базой транзистора ТЗ и эмиттером транзистора Т4. Положительная часть ип запирает транзистор ТЗ, отрицательная — отпирает. Отрицательный сигнал усиливается двухкаскадным уси­

мент формирования переднего фронта импульсов «л 2 о начинается заряд конденсатора СЮ. Импульс зарядного тока ісю открывает

пульса «и. Управляющий импульс поступает на все три силовых тиристора, включая тот из них, который имеет наибольшее положи­ тельное напряжение на аноде.

Тиристор Dl выключается разрядным током конденсатора С8 через диод D2 (конденсатор предварительно заряжается при вклю­ чении D1).

зистора. Это приводит к сдвигу по фазе переднего фронта импуль­

Применение подобной СФУ при относительно неглубоком регу­ лировании, что характерно для агрегатов типа ВАКС, предназна­ ченных для стабилизации напряжения, позволяет упростить си­ стему управления, снизить габариты, массу, стоимость, повысить надежность.

§2.5. Применение логических элементов

всистемах управления тиристорными преобразователями

Системы управления тиристорными преобразователями отли­ чаются большим разнообразием схемных решений и элементов. Важное значение приобретает вопрос унификации систем управле­ ния. Типовые узлы и блоки дают возможность быстро разрабаты­ вать схемы, надежно функционирующие при минимальном числе элементов, значительно упрощать обслуживание, настройку и ре­ монт, повышать надежность. В этом плане эффективным оказы­ вается использование полупроводниковых и ферромагнитных логи­ ческих элементов [18]. Достоинствами таких элементов являются виброустойчивость и взрывобезопасность, высокий к. п. д., неболь-

53

шие габариты и масса, высокая надежность и длительный срок службы. Электронные компоненты элементов монтируются на пе­ чатной плате, вставляются в пластмассовый корпус и заливаются эпоксидным компаундом. Таким путем обеспечивается прочное ме­ ханическое закрепление компонентов, элемент становится монолит­ ным и прочным, выдерживая большие ударные усилия (до 70 g) и тряску (до 600 Гц при 10 g), а также надежно защищается от проникновения влаги, агрессивных химических веществ. Выделяю­ щееся при работе тепло интенсивно отводится наружу.

Выходящий из строя логический элемент не ремонтируют, а за­ меняют новым, что упрощает и удешевляет эксплуатацию и пред­ отвращает возможность установки недоброкачественно отремонти­ рованных электронных блоков. Электрические выводы элементов выполняются так, что допускают надежное присоединение с по­ мощью пайки или штепселей к внешнему печатному или провод­ ному монтажу.

В качестве основного элемента полупроводниковых логических схем выбран элемент ИЛИ — НЕ, изготавливаются диодные при­ ставки И и ИЛИ. Такая система является наиболее удобной, эко­ номичной, простой и в то же время универсальной. Логические эле­ менты могут применяться в любых системах управления тиристорными преобразователями. В схеме управления преобразователем типа ЭВП, например, в качестве магнитного усилителя суммирую­ щего устройства использован ферромагнитный элемент типа МР-401 серии «Логика». На рис. 2.15 приведена схема управления реверсивным ШИП с поочередной коммутацией (см. рис. 1.9), вы­ полненная на логических элементах этой серии.1

В схеме управления можно выделить: канал управления сило­ выми тиристорами В1—В4, выполненный на логических элементах ЛЭ2—ЛЭ4, и канал управления вспомогательными тиристорами В5—В6, составленный из ЛЭ5—ЛЭ9. В качестве задающего ге­ нератора ЛЭ1 использован элемент типа Т-302. Этот элемент представляет собой мультивибратор с коллекторно-базовыми времязадающими цепями. Вырабатываемые мультивибратором им­ пульсы необходимой частоты поступают в каналы управления си­ ловыми и вспомогательными тиристорами.

Элемент ЛЭ2 (Т-107) выполняет логическую функцию И\ от­ дельно для импульсов положительной и отрицательной полярности,

передаются на управляющие электроды силовых тиристоров. В за­

1 Одни и те же клеммы на рис. 1.9 и 2.15 обозначены одинаковыми цифрами. Подобный принцип обозначения клемм на различных рисунках сохраняется в дальнейшем.

54

маторов исключено соответствующей блокировкой в коммутато­ рах направления.

Роль широтного модулятора в данной схеме выполняет элемент ЛЭ5 (Т-302). Этот транзисторный элемент работает по принципу временной задержки. С помощью напряжения £/у можно изменять временную задержку импульсов в канале управления вспомога­ тельными тиристорами и регулировать момент включения вспомо­ гательных тиристоров относительно соответствующих силовых, что приводит к изменению широты импульса, а значит, и величины на­ пряжения в нагрузке. В преобразователе ШИП для регулирования напряжения применяется также и «вертикальный» принцип управ­ ления.

С транзисторной задержки импульсы подаются на элемент ЛЭ6 (Т-102), представляющий собой триггер, работающий в режиме де­ ления частоты. С помощью триггера импульсы сдвигаются на пол­ периода относительно друг друга. С выхода ЛЭ6 сигналы посту­ пают на вход элемента ЛЭ7 (Т-302), который преобразует их в ко­ роткие, около 30—50 мкс, импульсы. Эти импульсы усиливаются узлами, собранными на ЛЭ8 и ЛЭ9 (Т-402) и подаются на соответ­ ствующие импульсные трансформаторы ТрЗ и Тр4. Вторичные об­ мотки таких трансформаторов включены в цепи управления вспо­ могательных тиристоров В5—В6.

Для дальнейшего развития транзисторных логических и функ­ циональных элементов целесообразно на их основе создать типо­ вые узлы, позволяющие реализовать наиболее часто встречающиеся в схемах управления задачи.

Глава 3

СТАТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ ПИТАНИЯ СУДОВОЙ СИЛОВОЙ НАГРУЗКИ

§ 3.1. Выпрямители общего назначения

Для питания судовой силовой нагрузки, требующей посто­ янного тока, используются выпрямительные агрегаты об­ щего назначения типа ВАКС, которые выполняются без

стабилизации или со стабилизацией выходного напряжения. Необ­ ходимость в стабилизации объясняется тем, что, с одной стороны, многие судовые потребители требуют неизменного напряжения, с другой — напряжение выпрямителей меняется в заметных пре­ делах при изменении нагрузки или колебаниях напряжения сети.

По типу регулирующего элемента преобразователи данного вида можно разделить на три группы: неуправляемые, дросселыювыпрямителыіые и тиристориые.

56

Агрегаты первой группы выполняются на основе трехфазной мостовой неуправляемой схемы. Вентильный блок в зависимости от величины выпрямленного тока содержит шесть или более вен­ тилей.

В табл. 3. 1 приведены основные технические данные дроссель- но-выпрямителы-іых (ДН) и тиристорных (Т) агрегатов типа ВАКС (Рп — потребляемая мощность; / л — линейный ток; % — ко­ эффициент мощности; Ра — выходная мощность; ц — коэффициент полезного действия), предназначенных для работы от трехфазных

Т а б л и ц а 3.1

Основные технические данные выпрямительных агрегатов типа ВАКС (частота напряжения сети / = 50 Гц)

Основные технические данные выпрямительных агрегатов типа ВАКС (/ = 400 Гц)

57

В дроссельно-выпрямительных и тиристорных агрегатах типа

окружающей среды от —40° до +60° С (с подрегулировкой уста­ вки напряжения при минусовых температурах). При необходи­ мости точность стабилизации может быть повышена.

ция выпрямленного напряжения достигается путем соответствую­ щего изменения тока в обмотках управления при отклонении напряжения от заданного уровня [24, 58]. В тиристорных преобразо­ вателях напряжение стабилизируется благодаря автоматическому регулированию угла включения.

Силовая часть тиристорных агрегатов состоит из трансформа­ тора и вентильного блока. Во всех агрегатах вентильный блок вы­ полнен по трехфазной мостовой несимметричной схеме. Исклю­

58

Систему управления можно разделить на три узла:

1)система фазового управления (СФУ);

2)узел сравнения (УС) ;

3)блок питания системы управления (БП).

Принцип стабилизации выпрямленного напряжения заключа­ ется в следующем. Напряжение с выхода преобразователя по­ ступает на вход узла УС, где оно сравнивается с опорным напря­ жением. Сигнал, определяемый разностью этих напряжений, затем поступает в СФУ. Система фазового управления реагирует на от­ клонение выпрямленного напряжения от заданной величины та­ ким образом: при снижении Va она уменьшает угол включения ти­ ристоров, а при возрастании — увеличивает. В результате этого величина выпрямленного напряжения остается на требуемом уров­ не. Чтобы поддерживать напряжение постоянным, необходимо пре­ дусмотреть соответствующий запас по углу включения а.

На рис. 3.1 приведена схема силовой части агрегата типа ВАКС-7-230. Ответвления на первичной обмотке трансформатора Трі позволяют получить на выходе агрегата (клеммы /—2) на­ пряжение 207, 230 и 241,5 В. В качестве вентилей катодной группы В1, ВЗ, В5 использованы тиристоры, включаемые импульсами, вы­ рабатываемыми СФУ (клеммы 5—6); вентили анодной группы В2, В4, В6 представляют собой диоды. В целях повышения надежно­ сти работы схемы последовательно с тиристорами и диодами анод­ ной группы включены неуправляемые вентили В7—В12. Благодаря этому пробой одного из силовых вентилей не вызывает выхода агрегата из строя. Однако увеличение числа вентилей в 2 раза приводит к повышенному падению напряжения на вентильном блоке. В преобразователях более поздних разработок последо­ вательное включение вентилей, как правило, не применяется.

На этом же рисунке приведена схема узла сравнения. Основ­ ным его элементом является нелинейный измерительный мост, со­ стоящий из резисторов R8—RIO и стабилитронов Сті—СтЗ. В ди­ агональ моста включен эмиттерный переход транзистора 77. На­ пряжение на этом переходе равно разности напряжений на резисторе R8 и стабилитронах Сті—СтЗ. Поскольку эмиттерный переход должен быть включен в прямом направлении, то необхо­ димо, чтобы напряжение на R8 превышало напряжение на стаби­ литронах. В узел сравнения входит также фильтр R6—С4 для сгла­

В зависимости от положения переключателя П сигнал по на­ пряжению в узел сравнения может поступать или с выхода пре­ образователя (положение 1), или с зажимов нагрузки (положе­ ние 2). При этом в положении 2 учитывается падение напряже­ ния в кабелях, соединяющих агрегат и нагрузку.

Если напряжение на выходе преобразователя в силу снижения нагрузки или подъема напряжения в сети увеличится, то вследст-

59