1.9 Системы управления вентильными преобразователями

Системы управления предназначены для формирования управляющих импульсов заданной формы и длительности, распределения их по фазам и изменения момента подачи на управляющий электрод вентилей преобразователя.

Требования, предъявляемые к системам управления, определяются типом вентилей, режимом работы (выпрямительный, инверторный) и характером нагрузки на которую он работает.

Основный требования:

- достаточная для надежного отпирания вентиля амплитуда напряжения и тока управляющих импульсов;

- крутизна фронта управляющих импульсов;

- ширина диапазона регулирования, определяемая типом преобразователя, режимом работы и характером нагрузки.

Системы управления, в которых управляющий сигнал имеет форму импульса фазу которого можно регулировать, называют системами импульсно-фазового управления (СИФУ). В зависимости от того в одном или нескольких каналах управления вырабатываются управляющие импульсы, различают одно и многоканальные системы управления, в зависимости от принципа изменения фазы управляющего импульса различают горизонтальные и вертикальные СИФУ. Системы управления также могут быть синхронными и асинхронными.

При синхронном импульсно фазовом управлении угол смещения управляющего импульса отсчитывается от определенного значения фазы сети питающей преобразователь. Синхронное управление является на настоящий момент общепринятым. При асинхронном импульсно фазовом управлении угол подачи управляющего импульса не связан в явном виде с напряжением сети, т.е. не синхронизирован с сетью.

Рис. 1.9.1.

При горизонтальном управлении управляющие импульсы формируются в момент перехода синусоидального напряжения через ноль, а изменение его фазы обеспечивается изменением фазы синусоидального напряжения, т.е. смещение напряжения по горизонтали. Блок схема горизонтальной СИФУ показана на рисунке 1.9.1. Фазовращатель (ФВ) обеспечивает формирование переменного напряжения U_фв, смещенного во времени на угол управления, относительно напряжения сети U_с. Нуль орган (НО) выдает узкий импульс U_фсу в момент перехода U_фв через ноль. Далее через гальваническую развязку (ГР) сигнал управления поступает на формирователь импульсов (ФИ), обеспечивающий формирование отпирающего импульса U_отп, необходимой для отпирания тиристора формы, амплитуды и длительности.

Рис. 1.9.2.

На рисунке 1.9.2 приведена схема и векторная диаграмма мостового фазовращателя. Изменение фазы выходного напряжения U_cd от 0 до 180 эл. гр. осуществляется при помощи изменения сопротивления переменного резистора R.

Рис. 1.9.3.

При вертикальном управлении, рисунок 1.9.3, управляющие импульсы формируются в результате сравнения опорного U_оп (синусоидального, пилообразного, и т.д.) и управляющего напряжений U_упр. В момент равенства этих напряжений формируется импульс U_фсу, рисунок 1.9.4 который через гальваническую развязку поступает на формирователь импульсов (ФИ). Фаза управляющего импульса изменяется путем изменения уровня управляющего напряжения.

Рис. 1.9.4.

Для обеспечения высокой точности и помехозащищенности применяют цифровые системы управления, блок схема приведена на рисунке 1.9.5. В данном случае управляющий сигнал задается в виде кода фазы отпирающего импульса Y_упр. Вместо опорного напряжения используется линейно увеличивающийся или уменьшающийся код счетчика (СЧ), на суммирующий или вычитающий вход которого поступают импульсы генератора (Г). В момент равенства кода счетчика и кода фазы отпирающего импульса компаратор (К) выдается импульс, который далее через гальваническую развязку поступает на формирователь импульсов.

Рис. 1.9.5.

Требования к длительности импульса управления зависят от типа вентиля и режима его работы в преобразователе постоянного тока. Для тиристоров как правило применяют узкие импульсы управления специальной формы, рисунок 1.9.4. В трехфазной мостовой схеме возможно два вида импульсов управления: широкие ‑ шириной больше и узкие ‑ сдвоенные короткие импульсы разнесенные на . Длительность и амплитуда узкого импульса подбирается из условия обеспечения нарастания тока за время отпирающего импульса до тока удержания. Длительность широкого импульса выбирают исходя из условия обеспечения режима прерывистых токов. Для транзисторов применяют широкие импульсы управления, задающие время открытого состояния. Для полностью управляемых тиристоров применяют два узких импульса: положительной полярности, задающий момент включения, и отрицательный, переводящий тиристор в закрытое состояние.

Для разделения системы управления с низким уровнем напряжения и силовой схемы преобразователя с высоким уровнем напряжения, опасным для системы управления и человека применяют гальваническую развязку. Существует два вида гальванической развязки: трансформаторная и оптоэлектронная.

Рис. 1.9.6.

Передача узкого управляющего импульса легко реализуется при помощи высокочастотного импульсного трансформатора, рисунок 1.9.6, а. Для обеспечения крутого фронта при передаче широкого импульса управления через трансформатор, передачу широкого импульса заменяют передачей эквивалентной пачки узких импульсов, рисунок 1.9.6, б.

О

Рис. 1.9.7.

птоэлектронная развязка основана на использовании свойств оптрона, состоящего из светодиода, преобразующего электрический импульс в световой и фотодиода, преобразующего световой импульс в электрический, рисунок 1.9.7. После оптрона для отпирания тиристора устанавливают формирователь управляющего импульса, не развязанный с силовой схемой либо вместо оптрона используют оптотиристор.