Система импульсно-фазового управления

Системаимпульсно-фазового управления формирует для управления тири­сторами сдвоенные прямоугольные импульсы, фаза которых относительно сило­вого напряжения на тиристорах изменяется пропорционально напряжению, по­ступающему на управляющий орган СИФУ. Функциональная схема СИФУпри­ведена на рис. 4.31 и включает в себя следующие узлы:

— источник синхронизирующего напряжения (ИСН);

— три идентичных формирователя импульсов (ФИ);

— управляющий орган (УО);

— шесть усилителей импульсов (УИ);

— двенадцать импульсных трансформаторов (ИТ).

В качестве ИСН используется вторичная обмотка W3 трансформатора T1 питания и синхронизации преобразователя. При соединении силового трансформатора по схеме Y/Yнапряжения синхронизации совпадают по фазе с силовыми напряжениями одноименных фаз на тиристорах.

Каждый ФИ синхронизирован со своей фазой и формирует импульсы уп­равления двумя противофазными тиристорами этой фазы, т. е. импульсы проти­вофазных каналов каждого ФИ (а и , bи , с и ) сдвинуты друг относительно друга на 180 эл. град., а импульсы одноименных каналов разных ФИ (а, b, с или , ,) сдвинуты друг относительно друга на 120 эл. град.

На усилителях импульсов, кроме усиления по мощности, осуществляется сдваивание импульсов для управления тиристорами. Для этого на второй вход заводятся импульсы с того канала формирователей импульсов, где имеется отставание их на 80 эл. град, от импульсов на первом входе УИ. Временная диа­грамма формирования сдвоенных импульсов приведена на рис. 4.32. Сдвоенные импульсы с выхода каждого УИ поступают одновременно на два ИТпринадле­жащих разным комплектам тиристоров.

Однако передача импульсов на тиристор тем или иным импульсным трансформатором определяется состоянием ключей В1 и Н1. Принципиальная схема УИ и двух относящихся к нему ИТканала «а» приведена на рис. 4.33. В исходном состоянии транзисторы V69,V75заперты положительным смещением на базу через цепочку R93, V58, V57. С появлением на входах a или импульса и нулевого уровня транзисторы V69, V75открываются. В этот момент к одному из выводов первичной обмотки ИТ прикладывается напряжение +12 В. Передача импульса на тиристор в этот момент будет производиться тем ИТ, на второй вывод первичной обмотки которого подано ключом В1 или Н1 напряжение питания -12 В.

Резисторы R1 служат для ограничения тока в цепи первичной обмотки ИТ в аварийном (установившемся) режиме. Диоды V1.2 предотвращают перенапряжения на коллекторах транзисторов V69, V75, V25, V26 при их закрывании. Дио­ды V1.1 предназначены для защиты ИТ от помехи в виде импульсного падения напряжения на ключах V25 и V26 в открытом состоянии.

Принципиальная схема формирователя импульсов приведена на рис. 4.34 и включает в себя следующие узлы: фильтр Ф, пороговые элементы ПЭ1 и ПЭ2, формирователь синхронизирующих импульсов F, генератор пилообразного на­пряжении ГПН, нуль-орган НО, RS-триггер Т, формирователь длительности импульсов ФДИ. Временные диаграммы сигналов на выходах названных узлов приведены на рис. 4.35.

Фильтр осуществляет сдвиг синхронизирующего напряжения на угол 30 эл. град, совмещая тем самым начало зоны разрешения выдачи импульса на ти­ристор с точкой естественной коммутации силового напряжения на тиристорах. Выходное напряжение фильтра с помощью пороговых элементов ПЭ1 и ПЭ2 пре­образуется в две противофазные последовательности прямоугольных импульсов.

Величина порога (зоны нечувствительности) определяется падением напря­жения на переходах база — эмиттер транзисторов V1 и V2. Длительность импуль­са единичного уровня (около 176 эл. град) определяет зону разрешения выдачи управляющих импульсов на соответствующий тиристор. В промежуток времени перекрытия импульсов нулевого уровня на входах Д1.3, Д1.4 на выходе F фор­мируется синхроимпульс единичного уровня длительностью около 8 эл. град. Этот импульс открывает транзистор V8, осуществляющий разряд интегрирую­щей емкости С3 до нулевого напряжения. После исчезновения синхроимпульса напряжение на выходе ГПН начинает линейно возрастать от 0 до 10 вольт за счет подачи на инвертирующий вход усилителя А1 напряжения -15В через резисторы R11, R13. Уровень возрастания выходного напряжения ГПН до прихода очередного синхроимпульса может изменяться сменным резистором R11.

Момент равенства по абсолютной величине разнополярных напряжений ГПН и УИ фиксирует нуль орган, выполненный на операционном усилителе А2, полярность выходного напряжения которого в этот момент меняется с положительной на отрицательную. Триггер Т воспринимает отрицательное выходное напряжение А2 как логический сигнал нулевого уровня, изменяя при этом свое состояние, соответствующее изменению логического сигнала на выходе Д2.2 с единичного уровня на нулевой. Появление на входе ФДИ нулевого сигнала приводит к разряду конденсатора С2 по цепи R14, выход Д2.2, V7. Во время разряда, определяемого элементами R14, С2 на диоде V7 создается падение напряжения, запирающее транзистор V6. В этот момент на входах микросхем Д1.2, Д2.3, Д1.1 появляется сигнал единичного уровня. Прохождение импульса ФДИ в канал a или определяется наличием на втором входе микросхем Д1.2, Д1.1 единичного сигнала от пороговых элементов. Таким образом, единичными импульсами пороговых элементов производится распределение импульсов ФДИ по каналам а и . Длительность импульсов ФДИ может составлять (10-18) эл. град. Через элемент Д2.3 проходят все импульсы ФДИ, которые путем параллельного соединения выходов микросхем, аналогичных Д2.3 и других ФИ, представляют собой просуммированные импульсы всех шести тиристоров. Кроме этого, возможность прохождения импульсов в каналы а, и УЛ зависит от присутствия на катоде диода V5 сигнала единичного уровня, поступающего из узла защиты и блокировки.

После того как сформировался управляющий импульс, триггер Т ждет прихода очередного синхроимпульса, чтобы вернуться в исходное состояние и быть подготовленным к формированию следующего управляющего импульса. Установка триггера в исходное состояние возможна только при одновременном наличии на входах триггера сигнала единичного уровня от НО на входе Д2.1 и сигнала нулевого уровня на каком-либо из входов микросхемы Д2.2. Во время стационарной работы комплектов тиристоров триггер Т устанавливается в исходное состояние проинвертированными синхроимпульсами, поступающими с выхода микросхемы Д2.4,и, таким образом, в начале каждого полупериода синхронизирующего напряжения становится готовым для формирования следующего управляющего импульса.

Кроме того, триггер Т может подготавливаться к выдаче управляющего импульса сигналом нулевого уровня U_р поступающим от устройства логики. Время существования сигнала U_р нулевого уровня определяется элементом выдержки времени в УЛ и составляет около 1 мс. Если за это время на второй вход триггера Т поступит сигнал единичного уровня от НО, то триггер перебросится в исходное состояние и будет готов к повторной выдаче импульса.

Управляющий орган СИФУ служит для ограничения минимального н максимального углов регулирования, а также для установки начального угла регулирования, т.е. формирует регулировочную характеристику СИФУ α=f(U_вх) (рис. 4.22). Принципиальная схема УО СИФУ приведена на рис. 4.23. Реализа­ция функции ограничении углов α_мин и α_макс осуществляется путем включения в обратную связь операционного усилители А5 транзистора V15, а установка начального угла регулирования производится подачей напряжения смещения на вход усилителя А5 от делителя R41, R42.

Сигнал, поступающий с УО на нуль-орган СИФУ, снимается с резистора R48 в эмиттерной цепи транзистора. В линейном режиме работы потенциал ин­вертирующего входа операционного усилителя А5 практически равен нулю, по­этому напряжение U_э поступающее на НО СИФУ, равно падению напряжения на резисторе R48.

Коэффициент передачи подобной схемы определяется так же, как у обычного инвертирующего усилителя, т.е. из соотношения равенства токов на инвертирующем входе. Например, коэффициент передачи схемы по напряжению U_вхК=U_э/U_вх= -R48/R45.

Отличие схемы с транзистором в цепи обратной связи заключается в том, что ток в цепь резистора R48 поступает в основном через переход эмиттер-коллектор транзистора (I_ос=I_б) от источника напряжения -15 В. В этом случае выходной ток усилителя, как равный току базы транзистора, в β раз меньше тока обратной связи. Усилитель А5 автоматически формирует такое выходное напряжение, при котором обеспечивается равенство токов на инвертирующем входе. При этом неважно, какой величины достигнет выходное напряжение (естественно до уровня насыщения), поскольку полезный сигнал снимается с резистора R48.

Система пмпульсно-фазового управления.

Система импульсно-фазового управления (СИФУ) предназначена для преобразования постоянного управляющего напряжения в последовательность управляющих импульсов соответствующей фазы, пода­ваемых на управляющие переходы тиристоров силовых вентильных комплектов.

функциональная схема СИФУ изображена на рис.7.1.

СИФУ состоит из следующих основных узлов:

источника синхронизирующего напряжения - ИСН;

формирователей импульсов - ФИ1.. .ФИЗ;

управляющего органа - УО;

усилителей импульсов - УИ;

вводных устройств - ВУ (импульсных трансформаторов) - для преобразователей на токи 25+630 А.

Формирователь импульсов (ФИ) состоит, в свою очередь, из следующих узлов:

фильтра (Ф) на элементах R1, R2, С1, двухпороговых элементов (ПЭ1, ПЭ2) на транзисторах V1... V4;

формирователя синхронизирующих импульсов (ФСИ) на микро­схеме Д1;

генератора пилообразного напряжения (ГПН) на элементах V6. С2, А1.1;

нуль-органа (НО) на микросхеме А1.2;

RS-триггера (Т) на микросхеме Д2;

формирователя длительности импульсов (ФДИ) на элементах

С4, V8.

Диаграмма работы СИФУ приведена на рис. 7.2, при этом по вертикальной оси даны диаграммы напряжений на элементах схемы, а в скобках указаны точки элементов (например К - коллектор и др.).

Схема работает следующим образом:

Синхронизирующее фазное напряжение, поступающее из ИСН сдвигается фильтром Ф на угол 30 эл. градусов. С выхода фильтра напряжение с помощью пороговых элементов ПЭ1, ПЭ2 преобразуется в прямоугольные противофазные импульсы. Длительность импульсов определяет зону разрешения выдачи управляющих импульсов для двух тиристоров силового моста (анодной и катодной группы) одной и той же фазы сети.

При логическом сигнале «О» на выходах обоих пороговых эле­ментов на выходе ФСИ формируется синхроимпульс (сигнал логической «I»), который осуществляет раздел емкости С2 ГПН через открывший­ся транзистор V6. Напряжение ГПН начинает снова линейно нарастать от нуля до 10 В. Момент превышения напряжения ГПН над управляющим U_у, поступающим с выхода УО через резистор R14, фиксируется нуль-ор­ган НО, который изменяет свое состояние с "I" на "О", и происхо­дит переключение RS - триггера, вызывая появление на выходе ФДИ импульса, который совместно с сигналами пороговых элементов ПЭ1 и ПЭ2 формирует управляющие импульсы на входах усилителей импульсов УИ "а" или УИ "х". Усилители импульсов собраны на транзисторах V9... V14, нагрузкой которых являются излучающие диоды оптронных тиристоров или вводные устройства ВУ при использовании обычных тиристоров (без оптронного входа).

Вводное устройство (ВУ) служит для гальванического разделе­ния силовой цепи и цепи управления и состоит из 12 импульсных трансформаторов, защитных диодов и резисторов. При отсутствии вводных устройств (управление оптронными тиристорами) вместо ВУ (рис.7.1) подключаются светодиоды оптронных тиристоров согласно приложению 13, рис.I.

Усилители импульсов имеют два входа: один для «своего» импульса, другой – для «чужого», поступающего с другого формирователя импульсов со сдвигом на 60 эл. градусов. Это необходимо для получения сдвоенных импульсов, обеспечивающих нормальную работу трехфазной мостовой схемы выпрямления.

Управляющий орган (УО) выполнен на микросхеме А2.2 и служит да согласования выхода канала регулирования с входами СИФУ, а также для установки углов α_мин, α_макс, α_нач. Начальный угол регулирования (α_нач) устанавливается примерно 120 эл. градусов переменным резистором R26 при нулевых сигналах на входе УО. Угол α_мин устанавливается резистором R40, угол α_макс - резистором R39.

Система импульсно-фазного управления.

Система импульсно-фазного управления (СИФУ) предназначена для преобразования посто­янного управляющего напряжения в последова­тельность управляющих импульсов соответствующей фазы, подаваемых на управляющие переходы тиристоров силовых вентильных комплектов.

Для трехфазных управляемых выпрямителей СИФУ включает в себя следующие узлы (рис. 2):

1) источник синхронизирующего напряжения ИСН;

2) три формирователя импульсов ФИ (на рис. 2 изображен один формирователь импульсов);

3) управляющий орган УО:

4) шесть усилителей импульсов УИ;

5) три вводных устройства ВУ для нереверсивного, шесть вводных устройств для реверсивного устройства.

Формирователь импульсов состоит, в свою очередь, из следующих узлов; фильтра Ф, двух пороговых элементов ПЭ, формирователя синхронизи­рующих импульсов ФСИ, генераторов пилообразного напряжения ГПН, нуль-органа НО, RS-триггера Т, формирователя длительности импуль­сов ФДИ.

Схема работает следующим образом.

Синхронизирующее фазное напряжение, посту­пающее из ИСН, сдвигается фильтром Ф на угол30 эл. градусов. С выхода фильтра напряжение с помощью пороговых элементов ПЭ1, ПЭ2 преобра­зуется соответственно в противофазные прямоугольные импульсы. Длительность указанных импульсов определяет зону разрешения выдачи уп­равляющих импульсов соответственно для фазы «а» и «х».

При сигнале «0» на выходах обоих пороговых элементов на выходе ФСИ формируется синхроим­пульс (сигнал «I»), которым осуществляется разряд емкости ГПН до нуля. В момент исчезновения синхроимпульса напряжение на выходе ГПН начинает снова линейно нарастать от 0 до 10 В. Момент превышения напряжения ГПН над управляющим напряжением (которое подается от управляющего органа) фиксируется нуль - органом НО, который изменяет свое состояние с «1» на «0». При этом триггер Т переключается и на его выходе появляется сигнал «0», который вызывает появление на выходе ФДИ управляющего импульса. Этот импульс проходит на вход одного из усилителей (УИ «а» или УИ «х») в соответствии с сигналами пороговых элементов ПЭ1 и ПЭ2.

После УИ импульс поступает на вводное устройство ВУ комплекта «Вперед» или «Назад». Триггер Т после появления «0» на выходе нуль-органа сохраняет свое состояние до тех пор, пока с ФСИ на другой его вход не поступит синхроимпульс, который подготавливает триггер для выдачи очередного управляющего импульса. Триггер Т может подготовиться к выдаче импульса также и сигналом с логического устройства (пропадание и последующее появление напряжения разрешения выдачи импульсов U_р).

Рассмотрим этот случай более подробно.

На рис. 3 изображен процесс реверса тока на­грузки в реверсивном устройстве.

До момента времени t₁ работал комплект В с током i_B. В момент времени t₁ была подана коман­да на реверс тока. Разрешение на снятие управ­ляющих импульсов с комплекта В и подачу их на комплект Н от логического устройства поступает после спадания тока до нуля, т. е. в момент t₂. Одновременно с переключением импульсов осуще­ствляется скачкообразное изменение управляюще­го напряжения U_y за счет изменения полярности выходного сигнала системы автоматического регу­лирования на вход управляющего органа СИФУ. Как видно из рис. 3, величина бестоковой паузы, если не осуществлять выдачу повторных импульсов, может достигать (1,5,.. 3) периодов дискретности выпрямителя, что обуславливает большие перерегулирования, а иногда может вы­звать и автоколебания в замкнутой системе регу­лирования. Для исключения этого логическое уст­ройство снимает с триггеров формирователей им­пульсов в СИФУ после спада тока i_B до нуля напряжение U_p и подготавливает тем самым эти триггеры к выдаче повторных импуль­сов, которые и выдаются в моменты времени t₃ и t₄, когда напряжение на выходе ГПН становится больше, чем новое значение управляющего на­пряжения.

Так как в нереверсивных однозонных и двухзонных электроприводах не требуется большое быстродействие, в их СИФУ, с целью упрощения, исключены триггеры, СИФУ, используемая в уст­ройствах для двухзонного управления с неревер­сивным якорным преобразователем, имеет некото­рые особенности, а именно: формирователь им­пульсов возбудителя (ФИ4) (рис. 17) питается от генератора пилообразного напряжения, задействованного в ФИ1 якорного преобразователя, а входы распределителя импульсов ФИ4 подключены к пороговым элементам ФИ1 якорного преобразователя.

Усилитель импульсов

Усилитель импульсов УИ собран по схеме составного транзистора, нагрузкой которого является вводное устройство ВУ.

Усилитель импульсов имеет два входа: один для «своего» импульса, другой - для «чужого», идущего с другого формирователя импульсов. Это необходимо для получения сдваивания импульсов для трехфазной схемы выпрямления. Схема сдваивания импульсов изображена на рис. 2а.

Вводное устройство

Вводное устройство служит для гальванического разделения силовой цепи и цепи управления и состоит из разделительного трансформатора, за­щитных и развязывающих диодов, а также резисторов (рис. 4а), один на которых ограничивает ток в первичной обмотке трансформатора н защищает таким образом от перегрузки усилители импуль­сов, а второй вместе с конденсатором шунтирует управляющий переход тиристора, повышая его по­мехоустойчивость.

Управляющий орган

Управляющий орган УО служит для согласова­ния выхода систем регулирования с входами кана­лов фазосмешения СИФУ и для установки углов α_min, α_max, α_н (рис. 2 6). Начальный угол регу­лирования α_нустанавливается 120 эл. градусов переменным резистором R41 при нулевых сигналах на «Входе УО» и в контрольной точке 48 (выход триггера защиты).

Угол α_min устанавливается сменным резисто­ром R50, величина которого определяется по фор­муле:

где U_пит - напряжение питания «-15 В»;

U_пм - амплитуда пилообразного напряжения в ГПН;

α_min- требуемый минимальный угол регулирования, эл. град.

При необходимости подачи управляющего сиг­нала непосредственно на СИФУ следует в регуляторе скорости закоротить конденсатор С1, а резистор R6 выбрать равным 2,7кОм. В этом случае коэффициент усиления усилителя А1 равен 1.