Ошибка

Системы управления тиристорными преобразователями

Категория: Электроприводы
Опубликовано 14.07.2011 11:48
Автор: Super User
Просмотров: 6646

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

Основное назначение системы управления (СУ) любого ТП - обеспечить надежное включение данного тиристора в многофазной схеме в требуемый момент времени. Для этого система управления должна сформировать импульсный сигнал, подаваемый на управляющий электрод тиристора, причем мощность и длительность сигнала должны быть достаточными для надежного включения любого стандартного тиристора выбранного типа, а крутизна его переднего фронта должна обеспечивать четкость момента включения. Изменением фазы управляющего импульса (момента его подачи) осуществляется процесс регулирования ТП.

Таким образом, с учетом ряда особенностей работы ТП система его управления должна выполнять следующие задачи:

создавать синхронизированную с напряжением питающей сети m-фазную систему импульсов управления, каждый из которых способен включить любой тиристор, используемый в данном ТП;

обеспечивать регулируемый сдвиг по фазе импульсов управления в заданных для данного ТП пределах;

преобразовывать управляющий сигнал или сигнал обратной связи в соответствующий временной сдвиг управляющих импульсов;


обеспечивать устойчивую работу ТП во всех заданных режимах при колебаниях напряжения и частоты питания, сопротивления нагрузки, климатических факторов;

гарантировать нормальную работу ТП при возможных помехах в питающей сети и цепях управления;

обеспечивать надежную работу реверсивных преобразователей и НПЧ, предотвращать опрокидывания инверторов, исключать режимы короткого замыкания во всех видах ТЛ.

Синхронная СУ тиристорного преобразователя обычно включает следующие элементы (рис. 1):

генератор опорного (развертывающего) напряжения ГОН, синхронизированный с питающей сетью;

нуль-орган НО, формирующий выходной сигнал в момент равенства сигналов управления и опорного;

ГОН и НО вместе составляют гак называемое фазосдвигающее устройство ФСУ;

усилитель-формирователь УФ (выходной усилитель), необходимый для формирования требуемого импульса на тиристор, как правило, имеющий гальваническую „развязку" от сети;

элемент обратной связи ОС, используемый в регуляторах и стабилизаторах.

Рис. 1. Структурная схема управления тиристорным преобразователем

В преобразователях с естественной коммутацией выключение очередного тиристора происходит за счет изменения полярности приложенного к нему напряжения и после уменьшения тока до нуля, а в ТП с искусственной коммутацией СУ должны обеспечивать также выключение тиристора в требуемый момент времени обычно подачей сигнала на вспомогательный, коммутирующий тиристор.


Для реализации СУ существует чрезвычайно большое число устройств, основанных на применении полупроводниковых, магнитных, оптико-электронных узлов. Однако все СУ могут быть классифицированы по четырем основным критериям:

способ представления и обработки информации - аналоговый, цифровой, комбинированный;

способ формирования многофазной системы управляющих сигналов - одно- и многоканальный;

способ реализации основных функций (будет рассмотрен на ряде примеров);

наличие или отсутствие обратных связей - разомкнутые или замкнутые системы.

Классификация по первому признаку в комментариях не нуждается. Ниже будут рассматриваться наиболее часто употребляемые в настоящее время аналоговые СУ. Но уже сейчас намечается nepexoд к более перспективным цифровым системам, и один пример такой СУ также будет показан.

Сущность многоканальной системы управления состоит в том, что каждый вентиль или группа вентилей, входящих в один блок, управляется отдельным каналом (рис. 2). Каждый канал состоит из ФСУ, на вход которого подаются напряжение синхронизации или соответствующей фазы сети и сигнал управления, а также УФ, управляющего „своим" тиристором (группой тиристоров).


Этот способ построения СУ получил большое распространение благодаря простоте построения схемы, унификации ее узлов, применимости для многих видов ТП, однако у него есть и серьезные недостатки.

Рис. 2. Многоканальная СУ ТП

Так, любая несимметрия в работе каналов управления приводит к несимметрии управляющих импульсов, подаваемых на силовые тиристоры. При этом возникают дополнительные искажения формы выходного сигнала, могут появляться низкочастотные пульсации в кривых выпрямленного напряжения в УВ, возможны срывы работы инверторов. Главная причина этих явлений - несинусоидальность напряжения питающей сети, на базе которой формируется сигнал ГОН, а установка защитных входных фильтров требует чрезвычайных мер по согласованию их фазовых характеристик.

Структура одноканальной СУ показана на рис. 3. В эту схему помимо уже известных блоков включен распределитель импульсов РИ. Работа схемы заключается в том, что общий для всех блок ФСУ вырабатывает один и тот же угол управления для всех каналов управления, который подается к соответствующим УФ с помощью распределителя импульсов. Последний в простейшем случае представляет собой кольцевой счетчик. Благодаря единому ФСУ достигается очень хорошая симметричность управляющих импульсов (расхождение не более 0.5°), намного упрощается настройка схемы, однако достаточно сложная схема РИ, особенно для реверсивных ТП, сдерживает ее распространение.


Рис. 3. Одноканальная СУ ТП

В настоящее время практически для всех ТП применяется так называемый вертикальный способ управления, на базе которого и построены современные системы импульсно-фазового управления (СИФУ). Сущность вертикального метода будет раскрыта при рассмотрении блока НО.

Рассмотрим основные узлы СУ - входное устройство, ГОН, нуль-орган и усилитель-формирователь.

Входные устройства СУ, как правило, представляют собой многообмоточные трансформаторы, в задачу которых входит:

согласование уровня напряжения сети с напряжением схемы управления;

создание m-фазной системы для подачи синхронизирующего напряжения к соответствующим каналам СУ;

формирование в некоторых случаях линейно изменяющегося напряжения.

На рис. 4 изображены схемы таких трансформаторов. Схема 4, а имеет по две вторичные обмотки на каждом стержне и позволяет при различных их соединениях (в звезду или зигзаг) получать вторичное напряжение, сдвинутое по отношению к сети на 0, 30, 90, 120°.

Рис. 4. Трансформаторные входные устройства СУТП


Для управления шестифазными схемами можно использовать схему, показанную на рис. 4, б. Она позволяет получать вторичные напряжения, сдвинутые по фазе на 60°. С учетом возможности применения первичной обмотки, соединенной в звезду или треугольник, при помощи этих схем можно обеспечить практически любые фазовые сдвиги.

Генератор опорного (развертывающего) напряжения предназначается для формирования линейного (или близкого к нему) изменяющегося напряжения, синхронизированного с сетью, причем длительность этого сигнала должна соответствовать требуемому диапазону изменения угла регулирования.

Одна из таких схем приведена на рис. 5, а. В ней формирование линейного нарастающего напряжения на конденсаторе С обеспечивается за счет его заряда от внешнего источника питания +Е через большое сопротивление R2, при этом используется близкий к линейному начальный участок экспоненты с постоянной времени [image]. Естественно, заряд конденсатора происходит в период, когда заперт диод VD3, за счет соответствующих напряжений на обмотках Wa и Wс, что видно из рис. 5, б. На интервале [image] запирание VD3 осуществляется напряжением на обмотке Wa, на интервале [image] - напряжением на обмотке Wc. В момент времени [image] напряжение на конденсаторе U0 становится равным напряжению на Wc, диод VD3 открывается и конденсатор разряжается через Wc. При изменении полярности напряжения на этой обмотке открывается VD2, что не позволяет напряжению U0 изменить знак.


Как видно, длительность „пилы" может быть больше [image] и доходит до 220°.

Рис. 5. Генератор „пилы" на диодах

Аналогичная схема приведена на рис. 6. Здесь в качестве ключа используется транзистор, что позволяет резко уменьшить мощность, отбираемую от входного трансформатора, но предельная длительность „пилы" не превышает 180°. В схеме изменением сигнала управления Uу можно изменять момент равенства UГОН и Uy и тем самым с помощью следующего блока - нуль-органа менять угол [image].

Рис. 6. Генератор опорного напряжения на транзисторе

Эти схемы широко применяются в СУ управляемых выпрямителей и ведомых инверторов. Однако в реверсивных УВ и НПЧ необходимо, чтобы угол регулирования достигал 165 ... 175°. Кроме того, при изменении [image] от диапазона 0 ... 90° к диапазону 90 ... 180° знак управляющего сигнала также должен меняться. Иными словами, необходима такая кривая ГОН, в которой при [image] [image].

Такая схема ГОН (она же - входное устройство) показана на рис. 7. Принцип ее работы основан на сложении сигналов, снимаемых с вторичных обмоток трех однофазных трансформаторов, включенных в питающую сеть. Как видно из диаграммы, результирующая кривая симметрична относительно горизонтальной оси, закон изменения выходного напряжения близок к линейному в интервале [image].


Напряжение управления включается последовательно со схемой ГОН и НО. Естественно, можно построить генераторы линейно меняющегося напряжения на операционных усилителях.

Рис. 7. Генератор опорного напряжения на трансформаторах

Третье звено СУ - нуль-орган, или компаратор, который служит для формирования сигнала управления тиристора в момент равенства сигналов от ГОН и входного. Схемы НО могут быть выполнены на транзисторах, операционных усилителях и других рассмотренных схемах, поэтому их работа здесь не анализируется.

Последним, но очень важным звеном цепочки СУ является усилитель-формирователь. Его основные задачи:

усилить сигнал от НО до уровня, гарантирующего включение тиристора при любом уровне напряжения в его силовой цепи;

обеспечить требуемую форму включающего сигнала;

обеспечить гальваническую развязку СУ от управляющей цепи тиристора, что особенно важно для высоковольтных преобразователей.


Так как сопротивление управляющего р-п-перехода тиристора составляет 15...40 Ом, то напряжение в цепи управления обычно не превышает 8...12 В. Ток управления тиристора (ток управления спрямления) не превышает нескольких ампер даже для мощных тиристоров. Поэтому схемы УФ можно выполнять на сравнительно маломощных полупроводниковых приборах (транзисторах, диодах и даже на ИМС). Следует принимать меры против подачи на УЭ тиристора отрицательного напряжения более 0.5... 1.0 В, в противном случае тиристор может выйти из строя.

Для четкого отпирания тиристора и надежной работы преобразователя во всех режимах управляющие импульсы должны иметь крутой передний фронт длительностью до 1 мкс и продолжительность 10...15°, чтобы ток, идущий через тиристор, успел увеличиться до значения тока удержания.

В многофазных ТП, например в УВ по схеме Ларионова, постоянно включены два тиристора - по одному в анодной и катодной группах. Для включения такого ТП при работе его на активную нагрузку в режиме прерывистых токов и некоторых иных режимах на каждый тиристор необходимо подавать или два управляющих сигнала со сдвигом 60°, или один длинный продолжительностью более 60°, или „пачку" узких, коротких, которые могут быть получены путем передачи через выходной трансформатор пакета двухполярных импульсов необходимой длительности с последующим их выпрямлением.


Одна из простых схем УФ показана на рис. 8, а. После подачи от НО сигнала на базу транзистора VT он открывается, через первичную обмотку разделительного импульсного трансформатора ИТ проходит ток, на его вторичной обмотке формируется импульсный двуполярный сигнал. Положительная его часть используется для включения тиристора, а отрицательная не пропускается диодом VD2 и гасится в -контуре. Диод VD1 защищает транзистор от пробоя при запирании, сопротивление R3 ограничивает предельный ток VT. Длительность управляющего сигнала на тиристор определяется как входным сигналом, так и качествами ИТ. Если необходимо удлинить управляющий сигнал, габариты ИТ увеличивают. При последовательном или параллельном соединении нескольких тиристоров в одном плече ТП ИТ может иметь несколько вторичных обмоток с соответствующими -цепями.

Рис. 8. Усилители-формирователи на транзисторах

Эта схема удовлетворяет всем основным требованиям управления тиристором, однако более рациональна схема (рис. 8, б), обеспечивающая сигнал, форма которого показана на рис. 8, в. В самом начале формируется очень крутой и с большой амплитудой сигнал, форсирующий процесс включения тиристора, а затем амплитуда управляющего сигнала снижается, что предотвращает перегрев соответствующего перехода тиристора. Сигнал длится в течение заданного времени, при этом габариты импульсного трансформатора уменьшаются в 2...3 раза.


Схема работает следующим образом. При отсутствии сигнала управления транзистор VT закрыт, конденсатор С заряжен до напряжения питания Е через резистор R1, тока через ИТ нет. При подаче входного сигнала (от НО через одновибратор, формирующий заданную длительность сигнала) транзистор отпирается, и через первичную обмотку ИТ проходит ток разряда конденсатора, благодаря чему формируется крутой фронт достаточно большой амплитуды. Затем ток, проходящий через первичную обмотку, ограничивается резистором R1, поэтому уменьшается сигнал и на управляющем электроде тиристора. После прекращения входного сигнала транзистор запирается, конденсатор вновь заряжается до величины Е. Диод VD1 защищает транзистор от пробоя, VD2 не пропускает сигнал отрицательной полярности к тиристору. Необходимая длительность управляющего сигнала определяет габариты ИТ.

Подобные схемы широко применяются для управления тиристорами в значительном диапазоне мощностей. Но для управления тиристорами, рассчитанными на анодный ток свыше 1000 А, транзисторные УФ непригодны, так как для этих целей требуются транзисторы, рассчитанные на большие токи. Тогда используют УФ, выполненные с применением вспомогательных тиристоров (рис. 9).

Рис. 9. УФ с вспомогательным тиристором


При работе ТП любого вида в процессе коммутации тиристорами больших токов во всех цепях возникает высокий уровень помех. Для защиты нагрузки и питающей сети от этих помех используются фильтры. Однако фильтры обеспечивают только снижение уровня помех основных гармоник, но не полное их устранение, тем более ими практически не подавляются высокочастотные помехи. Последние распространяются как по соединительным проводам через паразитные емкости схем, так и через эфир. При наличии в схеме ТП большого количества тиристоров, коммутация которых разнесена во времени, включение одного из них может привести к включению других. Следует отметить, что, чем больше входное сопротивление различных элементов СУ, тем более вероятно их ложное срабатывание под действием помех.

Практически во всех СУ используются импульсные трансформаторы, одним из главных назначений которых является гальваническое разделение силовой цепи (как правило, высоковольтной) и низковольтной цепи схем управления. Однако трансформаторы имеют серьезный недостаток - паразитные емкостные и электромагнитные связи между обмотками, которые снижают помехозащищенность узлов СУ. Поэтому более перспективным представляется применение оптикоэлектронных приборов, при этом решается сразу несколько серьезных проблем. Во-первых, обеспечивается (как и с применением ИТ) гальваническая развязка между силовыми цепями и цепями управления. Во-вторых, снимается проблема формирования сигналов управления тиристоров относительно большой длительности. В-ретьих, резко увеличивается помехозащищенность СУ, так как в случае применения оптических световодов можно разнести в пространстве СУ и силовые узлы ТП. И, наконец, отсутствие индуктивностей позволяет осуществить формирование крутых фронтов сигналов, благодаря чему можно сократить разброс параметров в цепях синхронизации и снизить уровень помех и уравнительных токов.


Одна из простейших СУ с применением оптронного формирователя приведена на рис. 10. При подаче управляющего сигнала от предыдущего каскада на свето-диод СД он излучает световой поток либо непосредственно на фотодинистор ФТ (размещенный в одном с ним корпусе), либо через световод. Фотодинистор включается, ток проходит сначала через конденсатор С и далее через R3 и R2. На R3 создается падение напряжения с положительным потенциалом, приложенным к управляющему переходу силового тиристора, и последний отпирается, По мере заряда конденсатора С ток в цепи уменьшается, так как в нее включено дополнительное сопротивление R1. Если R1 достаточно велико, то фотодинистор может выключаться, и схема приходит в исходное состояние.

Рис. 10. УФ с оптроном

Цифровые схемы управления.

В настоящее время все большее распространение получают цифровые схемы управления тиристорными преобразователями (ЦСУ ТП). Это связано, во-первых, с широким применением цифровых и логических устройств на ИМС для измерения, контроля различных объектов и управления ими. Во-вторых, в цифровых устройствах отсутствуют погрешности, вызванные дрейфом параметров элементов. В-третьих, ЦСУ ТП легко могут быть сопряжены с цифровыми ЭВМ (микропроцессорными системами), все чаще используемыми в технике.


ЦСУ ТП работают на тех же принципах, что и аналоговые, и включают такие же по назначению узлы (ГОН, НО), но выполненные на дискретных элементах.

На рис. 11 приведена структурная схема простейшей ЦСУ ТП, работающей по „вертикальному" принципу. В этой схеме аналоговые сигналы заменены кодами. Так, линейно изменяющийся сигнал ГОН здесь заменен мультивибратором G и счетчиком СТ. При работе G состояние счетчика с каждым входным сигналом уменьшается на единицу. Если счетчик четырехразрядный, то в исходном состоянии на его выходе имеется код 1111, который последовательно меняется до 0000.

Рис. 11. Цифровая СУ ТП

Этот код подается поразрядно на цифровую схему сравнения ЦСС -аналог нуль-органа. На другие входы ЦСС подается код управляющего сигнала Ку.

В тот момент, когда оба кода сравниваются, ЦСС формирует на своем выходе сигнал, который через усилитель-формирователь УФ включает тиристор. Если исходное состояние счетчика устанавливается схемой синхронизации СХ в момент естественной коммутации силового тиристора, а частота мультивибратора выбрана таким образом, что заполнение, точнее опорожнение, счетчика происходит за половину периода, то момент равенства кодов отстоит от исходного момента на интервал времени, равный углу регулирования [image]. Таким образом, частота мультивибратора должна быть выбрана так, чтобы за полпериода сетевого напряжения проходило 2n импульсов, где п - число разрядов счетчика:


[image].

Иначе говоря, частота мультивибратора должна быть, в строго определенное число раз больше частоты сети. Если последняя несколько меняется, что характерно для судовых условий, то используют либо генератор переменной частоты с корректирующей обратной связью, либо схемы умножения частоты.

Если на выходе ЦСС поставить кольцевой m-разрядный счетчик с дополнительным входом от младших разрядов основного счетчика, то можно сразу получить сигналы на m-фазную систему управления силовыми тиристорами.

Несмотря на большое сходство ЦСУ с аналоговыми схемами, они имеют и ряд существенных различий. Так в цифровых СУ угол регулирования [image] может принимать только 2n значений, например при п=4 он может иметь только 16 значений, каждое из которых будет отличаться от смежных на 11.25° (180°/16), т.е. дискретность составляет 6%. Для более плавного регулирования необходимо увеличивать п (при п=8, дискретность составит 4%), но это ведет к росту аппаратурных затрат. Возникают также дополнительные трудности при создании схемы мультивибратора, стабильная частота которого во много раз больше частоты сети.


Цифровые системы управления целесообразно применять там, где имеют место заметные искажения формы кривой питающего напряжения и неравномерная нагрузка фаз, так как синхронизирующий сигнал получается только от одной фазы. Они также наиболее приемлемы для одноканальных СУ.

Асинхронные системы управления ТП.

В синхронных системах управления угол управления силовым тиристором всегда отсчитывается от некоторой точки напряжения питающей сети. В однофазных схемах - это момент перехода его через нуль, в многофазных - например, точка пересечения кривых фазных напряжений и т.д. Момент включения тиристора или совпадает с этой точкой ([image]), или наступает несколько позднее ([image]), что зависит от схемы управления.

В асинхронных СУ эта связь во времени момента включения тиристора с указанными точками либо совсем отсутствует, либо играет вспомогательную роль (ограничивает предельные значения угла [image]). Фазосдвигающее устройство в таких СУ не требуется, поэтому упрощается и схема. Однако асинхронные СУ могут работать только при наличии замкнутого контура регулирования, обеспечивая в простейшем случае постоянство выходных параметров ТП (ток, напряжение) при изменении режима его работы или появлении искажений. Требуемый угол управления [image] тиристорами формируется именно как результат сравнения заданного значения какого-то параметра ТП и его фактической величины.


Структурная схема асинхронной СУ ТП приведена на рис. 12. Предполагается, что силовая часть преобразователя имеет вид трехфазного мостового управляемого выпрямителя. Необходимые для этой схемы шесть выходных каналов управляющих импульсов с фазовым сдвигом, равным 60° (между соседними каналами), получают сигналы от распределителя импульсов РИ (кольцевого счетчика), запускаемого от управляемого генератора ВГ регулируемой частоты. Изменение частоты генератора осуществляется преобразователем U/f, последний получает сигнал от схемы сравнения, на которую подаются сигнал управления (уставка) и сигнал обратной связи от датчика Д регулируемого параметра. Таким параметром может быть напряжение или ток ТП, частота вращения электродвигателя, питающегося от ТП, или иной сигнал.

Рис. 12. Структурная схема асинхронного СУ ТП

Благодаря наличию отрицательной обратной связи в схеме автоматически создаются углы [image], обеспечивающие в соответствии с уставкой требуемые значения регулируемого параметра ТП или его нагрузки.

Асинхронные СУ тиристорными преобразователями целесообразно применять при существенных искажениях напряжения питающей сети, в частности при несимметрии трехфазных напряжений по величине и фазе, т. е. там, где использование синхронных СУ невозможно из-за недопустимой несимметрии в углах [image] по каналам управления тиристорами. Асинхронные СУ могут найти широкое применение в судовых энергетических установках при соизмеримых мощностях генераторов и потребителей, например в гребных электрических установках.


Схема управления реверсивным тиристорным преобразователем состоит из двух комплектов блоков для управления каждой половиной силовой части ТП. Каждый блок включает ФСУ и УФ. Кроме них в состав СУ входят дополнительные блоки, определяемые способом управления ТП - раздельным или совместным.

В случае раздельного управления комплекты работают по очереди, а перед включением одного из них другой должен быть выключен. Эту операцию выполняют устройство раздельного управления УРУ и блок логики (рис. 13). Сигнал управления подается одновременно на оба канала ФСУ, но к УФ проходит только один, имеющий соответствующую полярность. Например, при положительном Uy работает вентильный комплект BKI, обеспечивая одну полярность напряжения на нагрузке, при отрицательном Uy работает ВКII и на нагрузке полярность меняется на противоположную. Для предотвращения одновременной работы комплектов предусматривается датчик тока ДТ и блок логики. Если работают ФСУ1 и BKI, то ток главной цепи имеет одно направление и УРУ разрешает прохождение управляющих сигналов на УФ1; на выходе УРУ - логическая 1, При необходимости реверса ФСУ1 прекращает работу, начинает работать ФСУ2, но УРУ блокирует прохождение сигнала с него на УФ2, пока ток в главной цепи не спадет до нуля и не будет выдержана требуемая пауза для восстановления управляющих качеств тиристоров работавшего комплекта. Только тогда разрешается прохождение управляющих сигналов на второй комплект (на выходе УРУ - 0).


Рис. 13. СУ реверсивного ТП

Таким образом, гарантируется раздельная работа комплектов и предотвращается возможность возникновения режима короткого замыкания.

При совместном методе управления комплектами реверсивного преобразователя всегда работают оба комплекта (один в выпрямительном, другой в инверторном режиме) и оба блока ФСУ. Требования к ФСУ с точки зрения симметрии углов регулирования ([image]) значительно ужесточаются, предусматриваются сглаживающие дроссели между вентильными комплектами. Зато быстродействие всей схемы увеличивается.

Системы управления НПЧ.

Так как непосредственный преобразователь частоты фактически представляет собой реверсивный тиристорный преобразователь, то его схема управления имеет много общего с СУ РУВ. Однако, если на выходе НПЧ формируется напряжение регулируемой частоты и амплитуды, то схема управления значительно усложняется, особенно когда в качестве нагрузки используется реверсивный привод с электрической машиной переменного тока (асинхронный двигатель). Рассмотрим обобщенную структурную схему управления НЧП (рис. 14).


Рис. 14. СУ непосредственного преобразователя частоты

Как указывалось ранее, при работе НЧП с синусоидальным выходным сигналом необходимо создать на выходе напряжение заданной частоты, т. е. в СУ следует предусмотреть блок, отвечающий за этот параметр. Выходное напряжение меняется в пределах формируемого интервала по величине (среднему значению), т. е. необходим блок формирования угла [image]. Для исключения одновременной работы (при раздельном управлении) двух тиристорных групп любая из них должна включаться после прекращения прохождения тока через вторую, для чего требуется датчик состояния тиристоров, или датчик тока.

В СУ НЧП необходимо включить устройства управления фазой выходного напряжения (для реверса асинхронного двигателя АД, используемого в качестве нагрузки), устройства защиты,, блокировки и т. п.

Обычно управление такими НЧП осуществляется от какого-либо внешнего управляющего органа, например командо-контроллера КК. В него при необходимости заводится и сигнал обратной связи. На выходе КК формируются два сигнала: Uf задающий выходную частоту, и Ud, задающий выходное напряжение. Эти сигналы могут быть связаны программной зависимостью, например [image], а могут быть и независимыми, тогда КК имеет две ручки управления.


Рассмотрим первую схему управления - по частоте. Сигнал Uf поступает в блок задания интенсивности изменения выходной частоты БЗ [image], служащий для плавного изменения выходной частоты. Этот блок легко реализуется на базе ОУ, выполняющего функции апериодического звена 1-го порядка. Далее сигнал проходит в генератор управляемой частоты ГУЧ или преобразователь U/f, который определяет выходную частоту ТП. Если входной сигнал Uf отсутствует, на выходе устанавливается (в зависимости от задания) или нулевая частота, или какая-то минимальная (например, 3 Гц).

После ГУЧ сигнал поступает в блок распределителя импульсов БРИ, который представляет собой кольцевой счетчик на шесть выходов, если НПЧ имеет в каждом плече трехфазную мостовую схему. В связи с этим частота ГУЧ выбирается в 6 раз больше fТП. После БРИ сигнал поступает в блок формирователей БФ, где осуществляется формирование управляющих импульсов.

Второй канал управления включает: блок задания интенсивности изменения выходного напряжения БЗ [image] (если необходимо изменять его постепенно); блок усилителей БУ, в который могут заводиться сигнал обратной связи и сигнал от блока защиты; блоки регулируемой задержки БРЗ для регулирования угла [image] в выпрямительном режиме ТП и угла [image] в инверторном. Эти блоки представляют собой фазосмещающие устройства, рассмотренные выше. На эти блоки также поступает сигнал от блока синхронизации БС. Для улучшения работы схемы перед БС обычно устанавливается фильтр Ф.


Следующим очень важным устройством схемы управления НПЧ является блок управления фазы БУФ. Назначение этого блока двоякое. Во-первых, по команде от логического элемента Т он изменяет направление вращения двигателя переключением последовательности подачи сигналов управления на тиристоры, формирующие выходную частоту ТП (например, А-В-С или А-С-В). Элемент Т представляет собой триггер, устанавливающийся в состояние 1, если командо-контроллером задано вращение двигателя в одну сторону, и в состояние 0 при обратном направлении. Второе назначение БУФ - сбор всех сигналов от систем защиты, блокировки и т. п., при поступлении которых запрещается работа СУ.

Блок управления фазой представляет собой логический автомат, как правило, с жесткой программой, собираемый на стандартных логических элементах. От БУФ сигналы поступают на блоки выходных каскадов, где они усиливаются, формируются и где осуществляется гальваническая развязка СУ от силовой части ТП. Затем эти сигналы подаются на управляющие электроды тиристоров.

Блок защиты БЗ получает информацию от датчиков тока ДТ, напряжения ДН, от устройства обратной связи УОС (если есть необходимость) и обеспечивает отключение СУ при перегрузках ([image]), сверхтоках, сигнализирует о снижении напряжения на нагрузке до минимального значения (если это предусмотрено). При перегрузке ТП обычно отключаются сигналы управления на тиристоры, работающие в режиме выпрямления, а те, которые работают в режиме инвертирования, остаются функционировать.


В данной структурной схеме предусмотрено регулирование углов [image] и [image] только по сигналу от КК, т. е. можно изменять напряжение на нагрузке командным путем. В течение периода формирования положительной или отрицательной полуволны выходного напряжения углы [image] и [image] не меняются, т. е. не осуществляется формирование синусоидальной формы выходного напряжения. Чтобы выполнить требование синусоидальной формы сигнала, в СУ должен быть включен блок формирования формы БФФ, который осуществляет изменение угла [image]([image]) по линейному или более сложному закону в течение периода выходной частоты. Однако с учетом изменения и самой этой частоты ([image]) схема блока сильно усложняется, и этот метод применяете крайне редко.

Следует отметить, что, хотя схемы управления НЧП состоят из хорошо известных элементов (интеграторы, счетчики, усилители, логические элементы, компараторы и т. д.), но из-за большого числа силовых элементов (18...36) объем СУ резко возрастает и требуетеся точное согласование работы элементов во времени.

Рассмотренная выше схема является обобщенной, реальные СУ могут включать и ряд дополнительных узлов.


Рассмотрим еще одну простую и не очень стабильную, но получившую распространение схему тиристорного регулятора мощности, применяемую, например, в устройствах управления освещенностью. В схеме (рис. 15, а) использован не импульсно-фазовый, а амплитудно-фазовый метод управления. Она состоит из трансформатора Tр, фазорегулятора RC, тиристора VD1 и его нагрузки Rн. Как известно, изменяя величину сопротивления R, можно изменить фазу напряжения на выходе RC-цепи теоретически в пределах 0...180°, практически несколько меньше (20...160°). Как видно из диаграммы (рис. 15, б) при подаче на тиристор положительной полуволны напряжения питания а требуемое для включения тиристора напряжение управления меняется по кривой b, следовательно включение произойдет в момент пересечения кривой b с кривой а напряжения фазорегулятора. Изменяя фазу кривой а, можно менять момент включения тиристора почти от 0...180°, т. е. среднее значение напряжения на нагрузке меняется от 0 до 1/2 максимального значения (второй полупериод тиристор не работает). Если зашунтировать тиристор диодом VD2, то напряжение на нагрузке можно менять от 1/2 номинального до номинального. Силовая часть схемы может питаться от сети, тогда габариты трансформатора будут минимальны. Недостатки схемы - ограниченный диапазон регулирования и нестабильность работы из-за нестабильности характеристики b. Тем не менее в неответственных устройствах ее применение оправдано.


Рис. 15. СУ простейшего тиристорного регулятора