2.2. Системы импульсно-фазового управления

2.2.1. Принципы управления тиристорами

В выпрямителях в качестве управляемых ключей использу­ются тиристоры. Для открывания тиристора необходимо выпол­нение двух условий:

• потенциал анода должен превышать потенциал катода;

• на управляющий электрод необходимо подать открываю­щий (управляющий) импульс.

Момент появления положительного напряжения между ано­дом и катодом тиристора называется моментом естественного открывания. Подача открывающего импульса может быть задер­жана относительно момента естественного открывания на угол открывания. Вследствие этого задерживается начало прохожде­ния тока через вступающий в работу тиристор и регулируется на­пряжение выпрямителя.

Для управления тиристорами выпрямителя используется сис­тема импульсно-фазового управления (СИФУ), выполняющая следующие функции:

• определение моментов времени, в которые должны откры­ваться те или иные конкретные тиристоры; эти моменты време­ни задаются сигналом управления, который поступает с выхода САУ на вход СИФУ;

• формирование открывающих импульсов, передаваемых в нужные моменты времени на управляющие электроды тиристо­ров и имеющих требуемые амплитуду, мощность и длительность.

По способу получения сдвига открывающих импульсов отно­сительно точки естественного открывания различают горизон­тальный, вертикальный и интегрирующий принципы управления.

При горизонтальном управлении (рис. 2.28) управ­ляющее переменное синусоидальное напряжение щ сдвигается по фазе (по горизонтали) по отношению к напряжению щ, пи­тающему выпрямитель. В момент времени со/ = а из управляю­щего напряжения формируются прямоугольные отпирающие импульсы U_GT. Горизонтальное управление в электроприводах практически не применяется, что обусловлено ограниченным диапазоном регулирования утла а (около 120°).

При вертикальном управлении (рис. 2.29) момент по­дачи открывающихся импульсов определяется при равенстве управляющего напряжения щ (постоянного по форме) с перемен­ным опорным напряжением «„ил (по вертикали). В момент равен­ства напряжений формируются прямоугольные импульсы U_Gr ■

При интегрирующем управлении (рис. 2.30) момент подачи открывающих импульсов определяется при равенстве пе­ременного управляющего напряжения щ с постоянным опор­ным напряжением U_on. В момент равенства напряжений форми­руются прямоугольные импульсы Uqt-

Рис. 2.28. Горизонтальный принцип управления

Рис. 2.29. Вертикальный принцип управления

Рис. 2.30. Интегрирующий принцип управления

По способу отсчета угла открывания а СИФУ делят на мно­гоканальные и одноканальные. В многоканальных СИФУ отсчет угла а для каждого тиристора выпрямителя производится в соб­ственном канале, в одноканальных — в одном канале для всех тиристоров. В промышленном электроприводе преимуществен­ное применение получили многоканальные СИФУ с вертикаль­ным принципом управления.

2.2.2. Основные узлы систем управления тиристорными преобразователями

Структурная схема вертикальной СИФУ представлена на рис. 2.31. Она содержит два канала и может быть использована для управления открывающимися в противофазе тиристорами однофазной мостовой схемы. СИФУ состоит из устройства син­хронизации УС, генератора опорного напряжения ГОН, сумма­тора С, нуль-органа НО, формирователя длительности импуль­сов ФДИ, двух распределителей импульсов РИ и выходных формирователей ВФ. Временные диаграммы работы СИФУ пред­ставлена на рис. 2.32.

Рис. 2.31. Структурная схема вертикальной СИФУ

Рис. 2.32. Временные диаграммы работы вертикальной СИФУ

УС служит для получения из питающего выпрямитель напря­жения неискаженного синусоидального напряжения синхрониза­ции с требуемыми амплитудой и начальной фазой, потенциально разделенного с сетью. Напряжение синхронизации используется

для формирования широких прямоугольных импульсов и⁺ и и , разрешающих включение соответствующих тиристоров в поло­жительные и отрицательные полупериоды напряжения синхрони­зации. Кроме того, синхронизирующее напряжение необходимо для формирования последовательности синхронизирующих уз­ких импульсов Но, строго синхронизированных с моментом есте­ственного открывания тиристоров, относительно которых осу­ществляется сдвиг открывающих импульсов.

ГОН осуществляет формирование пилообразного опорного напряжения и_пИЛ. Возврат ГОН в исходное состояние осуществ­ляется в момент подачи импульса м₀ замыканием разрядного ключа К. В качестве опорного в СИФУ может использоваться также косинусоидальное напряжение.

Сумматор С выполняет операцию алгебраического суммиро­вания напряжений: пилообразного и_пт, управления щ и сме­щения U_CM. Напряжение смещения U_CM необходимо для зада­ния начального угла открывания а_нач, соответствующего м_у = 0. В момент равенства суммарного напряжения и нулю НО изменя­ет выходное напряжение с положительного на отрицательное. При этом ФДИ формирует в каждый полупериод синхронизи­рующего напряжения импульс и_ФД, длительность которого дос­таточна для надежного открывания тиристоров. Импульсы м_фд распределяются через распределители РИ на соответствующие выходные формирователи ВФ, которые осуществляют усиление открывающих импульсов по мощности и потенциальное разде­ление СИФУ от силовой цепи.

При увеличении (уменьшении) напряжения щ, действующе­го встречно напряжению смещения, угол а уменьшается (увели­чивается). Изменение угла открывания а приводит к изменению длительности проводящего состояния тиристора и регулирова­нию значения выпрямленного напряжения.

Контрольные вопросы

1. Назовите принципы управления тиристорами.

2. Нарисуйте структурную схему вертикальной СИФУ.

3. Поясните принцип действия вертикальной СИФУ.