- •Системы управления
- •Глава I. Функциональные схемы
- •1. Выпрямительно-инверторные преобразователи
- •2. Широтно-импульсные преобразователи постоянного напряжения
- •3. Двухзвенные преобразователи частоты
- •4. Преобразователи частоты с широтно-импульсной модуляцией
- •5. Непосредственные преобразователи частоты
- •6. Преобразователи переменного напряжения
- •Глава II. Системы импульсно-фазового управления
- •1. Показатели сифу
- •2. Фильтры синхронизирующих напряжений
- •1, 2, 3-Го порядков и ссуп-5; д, е - активные -1 и 2-го порядков
- •3. Формирователи длительности
- •Глава III фазосмещающие устройства
- •1. Многоканальные синхронные фсу
- •2. Одноканальные синхронные фсу
- •3. Комбинированные синхронные фсу
- •4. Асинхронные одноканальные фсу
- •5. Принцип развертывающего уравновешивания
- •6. Ячейка фсу с пилообразным развертывающим напряжением
- •7. Ячейка фсу с косинусоидальным развертывающим напряжением
- •8. Ячейка комбинированного фсу
- •9. Ячейка фсу на основе одновибратора
- •10. Устройства цифрового управления
- •11. Функциональные схемы цифровых фсу и фд
- •12. Цифровые фсу и фд на аппаратной основе
- •13. Программная реализация цифровых фсу
- •14. Динамические свойства преобразователей
- •Глава IV усилители мощности управляющих импульсов для тиристоров
- •1. Требования к управляющему импульсу
- •3. Усилитель-формирователь на блокинг-генераторе
- •4. Усилитель мощности управляющих импульсов оптимальной формы
- •5. Усилители мощности с высокочастотным заполнением
- •6. Автогенератор Роера
- •8. Усилитель мощности для запираемого тиристора
- •Глава V. Устройства управления реверсивными преобразователями
- •1. Согласующие входные устройства
- •2. Датчики состояния вентилей
- •3. Логические переключающие устройства
- •Глава VI. Устройства систем управления преобразователями частоты и широтно-импульсными преобразователями
- •1. Общие сведения
- •2. Задающие генераторы
- •3. Распределители управляющих импульсов
- •4. Устройства задержки переднего фронта импульса
- •5. Усилители мощности управляющих сигналов для транзисторов
- •6. Генераторы ведущего сигнала
- •Оглавление
- •Глава I. Функциональные схемы систем управления
- •Глава II. Системы импульсно-фазового управления 15
- •Глава III Фазосмещающие устройства 25
- •Глава IV. Усилители мощности управляющих импульсов
Глава II. Системы импульсно-фазового управления
1. Показатели сифу
Основными показателями, которыми характеризуются СИФУ, являются: диапазон регулирования угла управления, его погрешность, помехозащищенность по каналам управления и синхронизации, допустимые провалы в сетевом напряжении, вид согласования характеристик управления вентильными комплектами (совместное или раздельное, линейное или нелинейное), асимметрия управляющих импульсов, вид фазовой характеристики ФСУ и получаюшиеся при этом регулировочные характеристики преобразователя, быстродействие, величина запаздывания, длительность бестоковой паузы при раздельном управлении, мощность входного сигнала управления (напряжение и ток). Ряд показателей характеризует выходной управляющий импульс: крутизна фронта тока или напряжения, амплитуда, форма, длительность, внешняя характеристика импульса (ЭДС, ток короткого замыкания).
Максимальный заданный угол управления в режиме непрерывного тока ограничен опрокидыванием инвертирования и равен
, (1)
где - максимальный угол коммутации, который получается при мак-симальных токе якоря иa в инверторном режиме, обычно = 8...15°; - угол выключения тиристора, у обычных (не частотных и т.п.) тиристоров= 2...9° (100...450 мкс); Da - погрешность ФСУ, которая принимается 2...3°. В конечном итоге используются максимальные углы управления не 180°, а 150...170° (и даже 123° [6, с.76]). В режиме прерывистого тока могут потребоваться углы управления до 180(1 + 1/p)°. Углы управления менее 15° практически не используются, поскольку при этом напряжение на якоре превышает номинальное и имеются трудно управляемые подрежимы прерывистого тока. При линейном согласовании минимальный заданный угол управления
. (2)
Минимальные углы управления обычно находятся в пределах 0...30° (возможны до 57° [6, с. 76]). Угол проще вычислять приa=.
Асимметрией управляющих импульсов называют величину отклонения интервалов между ними от интервала повторяемости в установившемся режиме. Основной причиной асимметрии являются разброс параметров элементов в разных каналах ФСУ и ФСН. Асимметрию может вызвать и сдвиг фаз напряжения сети. Обеспечение симметрии является одним из основных требований, предъявляемых к СИФУ, поскольку асимметрия приводит к возникновению сложных биений выходного напряжения [21] и существенно ухудшает технико-экономические показатели системы ТП-Д. Асимметрия не должна превышать 0,5...3° в зависимости от назначения привода.
При работе преобразователей возникают провалы в напряжении сети. Величина провала характеризуется площадью между первой гармоникой напряжения сети, амплитуда которой принимается за 100%, и фактическим напряжением во время провала. Время при этом измеряется в градусах. Большинство преобразователей сохраняет работоспособность при провалах до 400 процентов, умноженных на градус.
В настоящее время принято, что у всех ВИП напряжение управления (входной сигнал) должно находиться в пределах В при токе домА.
2. Фильтры синхронизирующих напряжений
Работа синхронных ФСУ обязательно синхронизируется с сетью. Для этого используют напряжения вторичных обмоток ТСУ. Обычно точкой отсчета является переход синхронизирующего напряжения через нуль, но при наличии высших гармоник эта точка смещается и даже может многократно повторяться. что приводит к непредвиденным изменениям выходного напряження ВИП. Наличие высших гармоник обусловлено работой преобразователей электрической энергии [9, 11], сварочных аппаратов, высокочастотных генераторов и другими причинами. Обычно
наиболее сильно выражены коммутационные гармоники с порядками n = 1, 5, 7, 11, 13 и т.д., которые создают ВИП.
Для подавления высших гармоник после ТСУ устанавливается ФСН, в каждой ячейке (ЯФСН) которго имеется фильр нижних частот. Фильтры могут быть выполнены на R-, C-, L-элементах (пассивные фильтры) либо на операционных усилителях (ОУ) с резисторами и конденсаторами (активные фильтры). К ФСН предъявляются следующие требования [11]:
- подавление высших гармоник до приемлемого уровня;
- создание требуемого фазового сдвига напряжения синхронизации по отношению к напряжению, которое подводится к тиристорам;
- минимальные изменения фазового сдвига первой гармоники и ее амплитуды при отклонениях параметров R,L,C во время работы,а также при быстром изменении гармонического состава напряжения сети;
- идентичность характеристик ячеек ФСН каждой фазы;
- синхронизирующее напряжение на ФСУ, по возможности, должно подаваться с той же фазы сети, которая подводится к тиристору;
- для некоторых ФСУ необходимо гальваническое разделение синхронизирующих напряжений различных фаз между собой.
В общем случае ФСН должен иметь р, или р/2 выходных напряжений в зависимости от используемого ФСУ. От ТСУ может потребоваться в два раза большее количество напряжений [7,рис.31]. Трехфазный (по сетевым обмоткам) трансформатор позволяет получить симметричную систему напряжений с любым количеством фаз и любой начальной фазой. В некоторых случаях для этого может потребовапться соединение вторичных обмоток в зигзаг. На рис.6 представлены ТСУ и ФСН для трехфазного мостового пребразователя. Шестифазное напряжение получается благодаря тому, что у одной половины обмоток выходы берутся от их начал, а у второй половины - от концов. Векторная диаграмма первых гармоник сетевого напряжения показана на рис.6,б, выходных напряжений ТСУ на рис.6,в, синхронизирующих - на рис.6,г. Масштабы диаграмм различны. В зависимости от используемого ФСУ фазные обмотки могут быть изолированными или иметь общую нулевую точку.
Основные свойства фильтра можно оценить по его логарифмическим амплитудной и фазовой частотным характеристикам (ЛАЧХ и ЛФЧХ). По ЛАЧХ виден коэффициент передачи первой гармоники напряжения и степень подавления высших гармоник по сравнению с первой. По ЛФЧХ виден сдвиг по фазе первой гармоники синхронизующего напряжения по сравнению с входным (от ТСУ). Асимптотические ЛАЧХ большинства фильтров, которые используются в ФСН, состоят их двух прямолинейных участков. Начальный участок идет горизонтально, параллельно оси частот, а далее после сопрягающей угловой частотыидет участок наклоненный вниз. Эффективность фильтра определяется его порядком n равным порядку описывающего его дифференциального уравнения и порядку знаменателя передаточной функции. Обычно порядок фильтра равен числу используемых в нем реактивных элементов.
Наклон второго участка ЛАЧХ, как правило, равен -20n дБ/дек. Гармонические составляющие помех с угловыми частотами w > 2сопр подав-ляются фильтром приблизительно в (0,5...1,0)раз.
Простейший Г-образный RC-фильтр первого порядка представлен на рис.7,а. Резистор в этой и всех последующих схемах является нагрузкой фильтра и одновременно входным резистором ФСУ. Его величина зависит от чувствтельноси элемента, стоящего на входе ФСУ. Если на входе стоит транзистор, то= 4...25 кОм, если стоит ОУ, то сопротивлениепринимается большим. Этот резистор оказывает существенное влияние на характеристики пассивного фильтра. Так. Для фильтров первого порядка ЛАЧХ рассчитывается по формуле
. (3)
В пробразователях используются фильтры с параметрами =4,7 кОм,=(2,7...З,7) кОм,=1 мкФ и др. (рис.7,а)).
Рис.7. Фильтры синхронизирующих напряжений: а...г -пассивные