Схемы управления Тиристорные преобразователи

June 29, 2013 by admin Комментировать »

Существует множество вариантов получения опорного сигнала для фазового управления тиристорами. Среди них можно упомянуть фазосдвигающие цепи, схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), схемы управления с линейным и косинусоидальным сравниваемым сигналами и программируемые счетчики.

Большинство из них может быть реализовано как в виде специальных устройств, так и в форме программ управления микропроцессором. Когда достаточно ограниченного диапазона управления углом задержки включения, следует использовать простейшую RC-цепъ. А при каскадировании ЯС-цепей диапазон регулировки может быть расширен. В программируемых счетчиках используется высокочастотный опорный сигнал, начало которого приходится на определенное значение напряжения в линии питания. Счетчик считает периоды опорного сигнала для определения задержки времени включения тиристоров, которое, естественно, связано с углом задержки включения. Если частота опорного сигнала не синхронизирована с частотой питающей сети, то возможно некоторое дрожание угла задержки включения, однако его можно уменьшить до минимума, увеличив частоту опорного сигнала. В схемах с ФАПЧ опорная частота синхронизируется с частотой сети путем использования счетчика и фазового компаратора.

Опорный сигнал, полученный для одной фазы сетевого напряжения, может быть затем использован для управления всеми шестью тиристорами в трехфазном мосте. Хотя это и легко выполнимо, но способно привести к некоторой асимметрии выходного напряжения при неполной сбалансированности фаз сетевого напряжения. По этой причине предпочтительным является использование трех опорных сигналов, каждый из которых привязан к своей фазе. Почти все системы с фазовым управлением имеют общий недостаток — нелинейную зависимость между напряжением управления и выходным напряжением преобразователя, связанную с тем, что угол задержки включения пропорционален напряжению управления, а выходное напряжение пропорционально косинусу этого угла. Однако программными способами эта зависимость может быть линеаризована.

А вот схема управления с косинусоидалънъш сравниваемым сигналом обладает свойством линейности передаточной характеристики. В ней напряжение между фазами интегрируется и инвертируется, что позволяет получить напряжение, сдвинутое на 90° относительно межфазного. Затем постоянное управляющее напряжение сравнивается с этим напряжением, а сигнал включения тиристора вырабатывается в момент их равенства. Угол задержки включения в этом случае представляет собой арккосинус линии пересечения, а приведенное к единице выходное напряжение преобразователя пропорционально косинусу угла задержки включения. Эти схемы обеспечивают диапазон регулировки угла задержки включения до 180°, что дает возможность получения полного управления конвертером. Обычно в одном конвертере используется шесть таких схем управления — по одной на каждый тиристор. Для исключения опасности коммутационной аварии при отрицательном выходном напряжении используются вспомогательные цепи включения тиристоров.

На Рис. 10.18 приведены графики, иллюстрирующие работу схемы управления с косинусоидальным сравниваемым сигналом. Сигнал на включение тиристора вырабатывается, когда опорное напряжение становится ниже постоянного уровня напряжения управления. При возрастании по каким-либо причинам напряжения в сети опорное напряжение увеличивается пропорционально, а момент его совпадения с напряжением управления наступает позже. Угол задержки включения тиристора увеличивается, и тем самым обеспечивается стабилизация выходного напряжения преобразователя с этой схемой управления.

Еще одним важным достоинством схемы управления с косинусоидальным сравниваемым сигналом является ее высокая помехоустойчивость, обусловленная применением интегрирования входного напряжения. Вдругих схемах управления сильные шумы и помехи в питающей сети способны приводить к сбоям и неполадкам в работе.

Другая система управления, используемая в генераторах, применяемых для работы в широком диапазоне скоростей и частот, включает кодирующее устройство на валу генератора, позволяющее определять его внутренний угол между ротором и полем. Сигналы управления тиристорами затем синтезируются с учетом этого угла, тока возбуждения, параметров генератора и тока нагрузки.

Если читатель простит краткое отступление от теории, история, произошедшая несколько лет назад, может показаться ему забавной. Компа-

Рис. 10.18. Принцип работы схемыуправления с косипусоидалъпым сравниваемым

сигналом

ния, в которой автор в то время работал, вела переговоры с потенциальным заказчиком на большой тиристорный преобразователь. Покупатель беспокоился: способна ли схема управления с косинусоидальным сравниваемым сигналом справиться с возмущениями в линии питания, создаваемыми другими преобразователями? Для того чтобы развеять сомнения покупателя и его консультанта, молодой инженер из группы автора задумал устроить впечатляющую демонстрацию. В присутствии всех сановитых лиц, он включил рубильник питания нескольких преобразователей. И надо же было так случиться, что именно в этот момент один из маленьких электролитических конденсаторов в демонстрируемой установке решил «покончить с жизнью»! С громким звуком он взорвался и пролетел через всю лабораторию, оставляя за собой спиральный хвост из фольги. К счастью, это событие лишь вызвало смех у покупателя, а после несущественного ремонта демонстрационное оборудование было приведено в порядок.

Сигналы управления

Для подачи необходимых сигналов на управляющие электроды тиристоров было разработано множество схем. В низковольтных цепях широко используются импульсные трансформаторы. При конструировании этих трансформаторов приходится искать компромисс между необходимостями получить высокую скорость нарастания напряжения и требуемым значением поддерживающего тока управления. Как альтернатива в качестве сигналов управления используется высокочастотная последовательность импульсов с большой скоростью нарастания напряжения и тока. Для большинства применений рабочий цикл в этой последовательности импульсов выбирается не менее 50%. В связи с трудностью обеспечения требуемых значений скорости нарастания напряжения управления и поддерживающего тока в трансформаторах с высоковольтной изоляцией обычно используется именно высокочастотное управление тиристорами.

В других системах управления тиристорами используются трансформаторы и выпрямители. Источником питания схемы управления может быть как напряжение сети, так и специально генерируемое высокочастотное напряжение. Постоянное напряжение с выхода выпрямителя поступает на управляющий электрод тиристора через последовательно включенный в цепь ключевой транзистор, управляемый в свою очередь по оптоволоконной линии связи. Разные варианты этой системы часто применяются в оборудовании на средние напряжения. Питание на схему запуска подается через несколько трансформаторов, нанизанных на изолированный кабель линии электроснабжения. При этом получаются первичные обмотки с одним витком. Ток в кабеле может быть порядка 50…100 А.

Некоторые тиристоры могут управляться непосредственно светом от мощного лазера, подаваемого через оптоволоконную развязку, обеспечивающую электрическую изоляцию. В других тиристорах встроены дополнительные управляющие тиристоры, для включения которых требуется менее интенсивный свет. Энергия на цепь управления получается из напряжения анод-катод и накапливается в конденсаторе. Прямое оптическое управление тиристорами является в настоящее время областью приложения усилий многих разработчиков. К этой теме мы еще вернемся в гл. 11.

Источник: Сукер К. Силовая электроника. Руководство разработчика. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХI, 2008. — 252 c.: ил. (Серия «Силовая электроника»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты