книги / Электроника и микросхемотехника. Ч. 2 Электронные устройства промышленной автоматики

тельного узла коммутации. Последовательный коммутирующий

узел дополнительно содержит коммути­ рующий дроссель, включенный последо­ вательно с нагрузкой и силовыми ти­ ристорами, и коммутирующие тирис­ торно-емкостные цепи, включенные либо

параллельно дросселю, либо параллельно цепи из последовательно соединенных силовых тиристоров и нагрузки. Коммутационная спо­ собность узла, включенного по второму способу, выше, но использо­ вать его можно только при чисто активной нагрузке, так как такой ИО не обеспечивает переток энергии от нагрузки после отключения сило­ вого тиристора. Схема ИО с последовательным коммутирующим уз­ лом приведена на рис. 3.29.

Ввиду того что коммутирующие узлы ИО работают поочередно и каждый в строго отведенном ему полупериоде напряжения питающей сети, подготовительный заряд коммутирующих емкостей не влияет на диапазон регулирования ИО. В рассматриваемых схемах подготови­ тельный заряд емкостей происходит в нерабочий период от сети при открытом зарядном диоде через ограничивающий дроссель L1. Надеж­ ность работы ИО в основном зависит от правильного выбора величины коммутирующих конденсаторов и стабилизации напряжения их за­ ряда. В ИО с параллельным коммутирующим узлом величину емкос­ ти конденсатора можно определить по формуле

Ск = Im\$auK.dUт,

где 1тп — амплитудное значение тока нагрузки; Un — амплитуда пи­ тающего напряжения; /„ыкл — максимальное возможное время выклю­ чения силовых тиристоров при заданных условиях их эксплуатации.

В ИО с последовательным коммутирующим узлом требуемая ем­ кость конденсаторов и индуктивность дросселя могут быть определены по формулам:

LKж 2,75UmtBbtK„// отн;

Ск ~ 2,251mHtablKJl/Uт,

а индуктивность дросселей Ьх, 1 2 и L3 — по формулам:

максимальное напряжение на коммутирующем конденсаторе; / уд — допустимое значение ударного тока тиристора.

112

обмотке дросселя наводится э. д. с., под действием которой тирис­ тор VS1 запирается. При отпирании тиристора VS2 нагрузка оказы­ вается закороченной через диодный мост VD7...VD12и обеспечиваются условия для перетока энергии, накопленной в нагрузке. Для запира­ ния тиристора VS2 необходимо отпереть тиристор VS1, и процессы в ИО повторяются. На рис. 3.32 приведены временные диаграммы ра­ боты ИО. Исполнительные органы по схеме рис. 3.31, б, в работают аналогично и отличаются только структурой и включением коммути­ рующих цепей. Форма выходного напряжения такая же, как и в схе­ ме рис. 3.31, а.

В ИО по схеме рис. 3.31, а ток в нагрузке не протекает, если запер­ ты тиристоры VS4...VS6. Для подключения нагрузки к сети необхо­ димо одновременно включить рабочие тиристоры VS4...VS6 и заряд­ ный тиристор VS2. При этом через открытые тиристоры и диоды VD4...

...VD6 напряжение сети прикладывается к нагрузке. Конденсатор С1

115

Рис. 3.33

При цифровом сигнале управления Х у СУ может быть реализова­ на на элементах цифровой техники. Схема управления ЭР в этом слу­ чае соответствует схеме, представленной на рис. 3.14, в, с той лишь раз­ ницей, что в качестве задающего кода используется прямое значение кода Ху.

Для реализации способов управления (рис. 2.2, в—д) СУ должна содержать два СУФ: СУФ СУ ЭР с естественным выключением тирис­ торов ИО и СУФ полностью управляемого ИО. При реализации спо­ соба в тиристоры ИО включаются по сигналу первого СУФ, а выклю­ чаются по сигналу второго СУФ.

При реализации способа г ИО в одном полупериоде включается и выключается по команде второго СУФ, а во втором полупериоде вклю­ чается по команде первого СУФ. Выключается ИО самостоятельно.

При реализации способа д сначала тиристоры включаются и выклю­ чаются от второго СУФ, а затем в том же полупериоде включаются по команде первого СУФ. Выключаются тиристоры после второго вклю­ чения самостоятельно.

Функциональные схемы СУ для реализации указанных способов управления приведены на рис. 3.34, а, б, в соответственно. Простей-

Рис. 3.34

117

шие СУ не обеспечивают ни линеаризации статической характеристики ЭР, ни стабилизации его коэффициента передачи. Эти задачи могут решить СУ с корректирующим воздействием по основным возмущени­ ям, СУ с обратной связью по текущему значению регулируемой вели­ чины и СУ с инерционной обратной связью. Функциональная схема СУ с коррекцией по основным возмущениям приведена на рис. 3.35. Эта схема позволяет линеаризовать статическую характеристику ЭР и ста­ билизировать его коэффициент передачи при изменении параметров питающей сети.

Схема включает в себя СУФ, выполненное на интеграторе и компа­ раторе КМ, схему синхронизации СС, измерительный преобразователь мгновенных значений напряжения сети ИПМ и два формирователя сигналов включения тиристоров ИО. Если регулируемой величиной является среднее значение напряжения, то ИПМ представляет собой линейный выпрямитель. Если регулируется действующее значение напряжения, то измерительным преобразователем является квадратор.

В начале каждого полупериода СУ формирует по синхроимпульсу Ts сигнал на включение силовых тиристоров (У5СПл)- При этом инте­ гратор И начинает интегрировать сигнал с выхода ИПМ. В момент равенства выходного сигнала интегратора и задающего сигнала Х у сра­ батывает компаратор КМ и формирует сигнал на выключение силового тиристора (IA S KOM) и обнуление интегратора И.

Электронный регулятор с такой СУ является усилительным звеном с передаточной функцией

ля ИПМ; К„ — коэффициент передачи интегратора.

Он инвариантен к возмущениям со стороны питающей сети, но чув­ ствителен к изменениям величины и характера нагрузки.

При построении прецизионных ЭР этого типа СУ должна учиты­ вать систематическую погрешность, вызываемую инерционностью вы­ ключения ИО и передачей некоторой дополнительной энергии в на­ грузку от коммутирующих цепей ИО. Действительно, процесс выклю­ чения ИО начинается в момент поступления команды от СУ при ра­ венстве задающего и опорного сигналов. Любая дополнительная энер­ гия, поступающая в нагрузку после команды СУ, вызывает погрешность регулирования и не может быть учтена и отработана влекущем перио­ де управления. Величина этой погрешности в общем случае является переменной, зависящей от параметров питающего напряжения и на­ грузки, момента выключения ИО в периоде управления и от принципа работы коммутирующего узла. Погрешность эта изменяется в’пределах от десятых долей процента до нескольких процентов по отношению к регулируемой величине, поэтому более рационально использовать СУ с обратной связью по текущему значению регулируемой величины.

Функциональная схема такой СУ и порядок ее работы полностью соответствуют схеме, представленной на рис. 3.35, стой лишь разницей, что вход измерительного преобразователя ИПМ подключается к вы­ ходу ЭР.

118

Передаточная функция данного ЭР, описывающая его с точностью до величины систематической погрешности, равна

^ э р (5) = 1 / / С Л и п м .

Для реализации более точного ЭР СУ должна формировать сигна­ лы управления ИО для последующего периода работы с учетом систе­ матической погрешности, возникшей в настоящем периоде работы ЭР. Технически эта задача может быть решена:

1) при непрерывной работе интегратора (И) с мгновенным обнуле­ нием его в момент появления команды от компаратора;

2)при использовании в СУ двух равноценных интеграторов.

Впервом случае интегратор после обнуления должен продолжать интегрировать сигнал с выхода ИПМ до конца периода и далее в новом периоде управления до команды компаратора и т. д. Реализация та­ кого ФСУ требует для мгновенного обнуления интегратора применения быстродействующих и мощных коммутационных элементов.

Во втором случае интегрирование выходного сигнала ИПМ осу­ ществляется поочередно каждым интегратором. Переключаются инте­ граторы по сигналу компаратора, при этом интегратор, формирующий развертывающий сигнал в текущем периоде управления, отключается от входа компаратора и обнуляется, а второй интегратор (обнуленный) подключается к выходу ИПМ и к входу компаратора, начинает инте­ грировать сигнал, пропорциональный дополнительной энергии, по­ ступающей в нагрузку в текущем периоде управления. После начала нового периода управления этот интегратор продолжает работу до момента срабатывания компаратора, после чего отключается, а в ра­ боту включается первый интегратор и т. д.

Из описания работы СУ ЭР с коррекцией систематической погреш­

ности следует, что при изменении задающего воздействия и возмуще­ ниях со стороны нагрузки и сети переходные процессы в ЭР начина­ ются и заканчиваются в течение двух периодов управления. В первом периоде отрабатывается основное возмущение, а во втором — разность в дополнительных значениях выходной величины, имеющих место до нанесения возмущения и после него. Поэтому такой ЭР является уси­ лительным звеном с постоянным коэффициентом передачи и конечной длительностью переходного процесса, равной двум периодам управ­ ления. -

В случае цифрового задающего сигнала Ху СУ ЭР с коррекцией систематической погрешности легко реализуется на основе суммирую­ щего счетчика. Функциональная схема такой СУ приведена на рис. 3.36.

119