Исследование однофазных выпрямителей. Исследование сглаживающих фильтров. Исследование трехфазных выпрямителей. Исследование системы импульсно-фазового управления однофазным тиристорным преобразователем: Практическое пособие к лабораторным работам, страница 10

6.1. Назначение и принцип действия ШИП.

6.2. Расчет средних значений выходного напряжения и тока в нагрузке, управляемом ключе и обратном диоде.

6.3. Режимы работы ШИП.

6.4. Внешние характеристики и характеристики управления ШИП.

Лабораторная работа №6

Исследование системы импульсно-фазового управления

однофазным тиристорным преобразователем

1. Цель работы

изучить назначение, схемы и работу системы импульсно-фазового управления (СИФУ) тиристорным преобразователем, ознакомится с характеристиками управления СИФУ, их расчетом и построением.

2. теоретические сведения

Система импульсно-фазового управления служит для формирования отпирающих импульсов необходимых параметров и подачи их на тиристоры с задержкой по фазе α относительно точки естественного открывания. При этом величина угла задержки (управления) α определяется напряжением управления, подаваемым на вход СИФУ. Точки естественного открывания (коммутации) вентилей для однофазных преобразователей находятся в точках перехода питающего напряжения через нуль, а в многофазных ТП – в точках пересечения фазных напряжений.

Существующие СИФУ классифицируются исходя из следующих признаков:

1. По синхронизацией с сетью – синхронные и асинхронные.

2. По числу каналов – одноканальные и многоканальные.

3. По форме опорного напряжения – с косинусоидальным и линейно-пилообразным опорным напряжением.

4. По способу (принципу) управления – с вертикальным, горизонтальным и тангенциальным способом управления.

5. По элементному исполнению – аналоговые и цифровые.

Более подробно со схемами и особенностями работы различных СИФУ можно ознакомиться в [2, 3, 4]. В настоящее время наибольшее применение имеют аналоговые многоканальные синхронные СИФУ с косинусоидальным или пилообразным опорными напряжениями, построенными по вертикальному способу (принципу) управления.

В данной работе и проводится исследование такого СИФУ. Формируемые системой импульсы используются для управления тиристорами однофазного нулевого преобразователя.

Функциональная схема данного СИФУ представлена на рис. 6.1.

В синхронных СИФУ отсчет угла управления и диапазон возможного его изменения жестко привязаны к анодному напряжению на тиристорах. Эта связь осуществляется через опорный сигнал, который формируется с помощью анодного напряжения (или напряжения, питающего преобразователь). В схеме СИФУ эту функцию выполняют источник синхронизирующего напряжения ИСН (обычный понижающий трансформатор) и генератор опорного напряжения ГОН.

Опорное напряжение uоп на выходе ГОН может иметь линейную (пилообразную) или косинусоидальную форму. Нуль-орган, НО сравнивает опорный сигнал с напряжением управления Uy. В момент их равенства формирователь импульсов ФИ вырабатывает управляющий импульс, который после усиления в усилителе импульсов УИ подается на тиристор. Для потенциального разделения цепей управления от силовой цепи в УИ входит узел гальванической развязки, который выполняется на основе либо импульсного трансформатора, либо оптронов.

Для правильной работы СИФУ опорное напряжение uоп фазируется с  анодным ua таким образом, чтобы при Uy=0 угол открывания α=π/2. В этом случае напряжение на выходе преобразователя в режиме непрерывных токов, согласно формуле Ud=Ud0 cosα, будет равно нулю Ud=0. Для многофазных управляемых выпрямителей это достигается сдвигом по фазе uоп относительно ua угол π/m, где m – число фаз вторичной обмотки (для однофазных нулевой и мостовой схем m=2, для трехфазных m=3). На рис. 6.2 показаны временные диаграммы работы СИФУ для однофазного ТП с линейным и косинусоидальным опорным напряжением.

В данной СИФУ зависимость α=f(Uy) реализуется по вертикальному принципу, суть которого состоит в выработке отпирающего импульса в момент равенства uоп и Uy. Это позволяет при изменении управляющего напряжения, т.е. вертикального его смещения вверх или вниз, если смотреть по диаграмме, регулировать фазу отпирающих импульсов.

Генератор опорного напряжения ГОН и нуль-орган образуют фазо-смещающее устройство ФСУ. Если число ФСУ равно числу тиристоров (или числу плеч для мостовых схем), то такая система называется многоканальной. Если используется одно ФСУ, в котором формируются и сдвигаются импульсы для управления всеми тиристорами, то такая система называется одноканальной. В ней сигналы с ФСУ с помощью распределителя импульсов направляется на ФИ каждого тиристора.

Управляющие свойства ТП определяются характеристикой управления Ud=f(Uy), которая, в соответствии со структурной схемой ТП (рис. 6.3), определяется как результирующая характеристик  управления СИФУ α=f1(Uy) и вентильной группы ВГ Ud=f2(α) и математически описывается как сложная функция Ud=f2[f1(Uy)]=f(Uy)

Вид результирующей характеристики зависит как от формы опорного напряжения, так и от режима работы ТП. Для ТП, работающих в режиме непрерывных токов, характеристика управления вентильной группы описывается уравнением

Ud=Ud0 cosα,                                                            (6.1)

где Ud0 – напряжение условного холостого хода.

Характеристика управления СИФУ можно получить, рассматривая диаграммы на рис. 6.2.

При пилообразной форме опорного напряжения описывается уравнением

uоп=.                                        (6.2)

Поскольку отпирающий импульс формируется при равенстве uоп = Uу, отсюда следует уравнение характеристики управления СИФУ

.                              (6.3)

Подставляя (3) в (1) получим характеристику управления ТП в режиме непрерывных токов.

.                      (6.4)

При работе однофазного нулевого или мостового преобразователя на активную нагрузку характеристика управления ВГ

.                                         (6.5)

Откуда получаем, что характеристика управления ТП в этом режиме имеет вид

.                                    (6.6)

При косинусоидальной форме опорного напряжения

,     .                       (6.7)

Тогда характеристика управления ТП в режиме непрерывных токов

,        (6.8)

где Кп = Ud0 /Uопm – коэффициент усиления преобразователя.

При работе ТП на активную нагрузку