Регуляторы переменного тока (Лабораторная работа № 4)

Л а б о р а т о р н а я  р а б о т а    №4

РЕГУЛЯТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Цель работы: изучение схемотехники и особенностей работы силовых бесконтактных ключей (СБК) в регулируемых установках переменного тока; ознакомление с принципами построения и функционированием систем управления (СУ) силовыми бесконтактными ключами; сравнительная оценка бесконтактных ключей и электромеханических аппаратов.

Общие сведения

Бесконтактные регуляторы в последние годы широко применяются в различных электротермических и электроиндукционных установках, получающих питание непосредственно от однофазных или трехфазных сетей переменного тока промышленной частоты (рис.4.1). Подобные схемы используются также в регуляторах освещения больших помещений,  в системах аэродромного освещения взлетных полос, в устройствах электроснабжения высоковольтных статических фильтров для очистки дымовых газов и др.

   Исполнительными органами таких регуляторов, как правило,  являются встречно-параллельно включенные тиристоры VS1 и 

VS2 (рис.4.1), с помощью которых нагрузка подключается к    сети переменного тока. Тиристоры работают поочередно, с   фазовом сдвигом 180°, причем форма протекающего в них тока зависит от вида нагрузки и от условий подачи управляю-  щих импульсов. В подобных регуляторах функции ключей

могут выполнять также симисторы или силовые транзисторы.

Замена электромеханических устройств бесконтактными ключами не только повышает эксплуатационную надежность и долговечность установок, но и обеспечивает регулирование выходных параметров (тока, мощности, температуры и др.) по заданному закону, т.е. создает предпосылки для полной автоматизации технологического процесса.

Несмотря на простоту и универсальность силовой схемы регуляторов, к каждой из перечисленных выше установок предъявляются различные технические требования, а параметры и характеристики в каждом конкретном случае всецело зависят от выбранной системы управления (СУ) и задаваемых алгоритмов ее функционирования. В этой связи нельзя не заметить, что известные методы  импульсно -фазового управления тиристорами, вызывающие искажение форм рабочих токов и напряжений, или  амплитудные  методы регулирования силовых транзисторов, связанные с увеличением уровня джоулевых потерь в активных элементах, имеют ограниченное применение, - главным образом, в установках малой мощности,

В тяжелых условиях эксплуатации с большими коммутируемыми токами наиболее целесообразно использовать методы  время-импульсного  регулирования, иногда называемые  пакетно-импульсными методами.

Сущность этих методов заключается в изменении числа полных периодов тока А, пропускаемых регулятором в нагрузку, из выбранного количества N периодов в цикле, причем

0≤ А ≤ N. Естественно, что при конечном значении  N регулирование мощности оказывается ступенчатым, с дискретностью I / N, однако при выборе N→ ∞такая дискретизация будет практически незаметной. Этот же вывод будет справедливым при 

N = constдля большинства технологических процессов с объектами большой инерционности (печи сопротивления, индукционные катушки химических аппаратов, мощные осветительные установки и т.п.). Если при этом тиристоры работают в ключевом режиме, то влияние регуляторов на параметры сети, включая коэффициент искажения, коэффициент мощности, КПД, симметричность нагрузок в фазах сети, оказывается ничтожно малым.

Еще одним преимуществом рассматриваемых методов регулирования является минималь-ный уровень импульсных и высокочастотных помех вследствие "приглушенных" коммутацион-ных процессов при переключении тиристоров в моменты их естественного включения {вблизи точек прохождения синусоид питающего напряжения через нуль).

Кроме того, хорошие эксплуатационные характеристики и параметры электротехнических установок в целом во многом обусловлены использованием цифровых систем управления тиристорами. Поскольку напряжение сети представляет собой почти идеальную последовательность гармонических сигналов неизменной частоты и тем самым допускает

синхронизацию выходных сигналов любого устройства достаточно простыми средствами, то в этом случае цифровые СУ оказываются наиболее приспособленными для управления. Использование двоичной системы счисления обуславливает выбор периодов в цикле N, кратном 2ⁿ , где n - любое натуральное число.

Структурная схема управления тиристорами силового бесконтактного ключа приведена на рис.4.2, а временные диаграммы работы отдельных блоков - на рис. 4.3.

При наличии переменного напряжения на шинах сети переменного тока формирователь Ф вырабатывает прямоугольные синхроимпульсы с частотой следования 50 Гц. Эти импульсы управляют работой многоразрядного счетчика С и формируют на его выходах различные кодовые комбинации (рис.4.2  и  4.3). Эти коды совместно с двоичными кодами, устанавливаемыми вручную или автоматически с помощью кнопок или задатчика, подаются в блок сравнения БС, который при их совпадении формирует разрешающий сигнал - строб Uv(рис .4.3) - и тем самым переключает  RS- триггер в состояние логической единицы. Возврат  RS- триггера в исходное состояние осуществляется отдельным логическим элементом после окончания цикла.

Длительность открытого состояния RS - триггера определяет тот интервал времени, в течение которого в нагрузку пропускается "пакет" полных периодов напряжения питающей сети (рис.4.3). При изменении задаваемых кодов соответственно изменится длительность открытого состояния RS - триггера и, следовательно, количество пропускаемых в нагрузку периодов переменного тока.

Рис. 4.4

Основой СУ является двоичный счетчик из четырех JK - триггеров в двух корпусах  DD 1 и DD 2 (рис.4.4), По существу, этот счетчик совместно с логическими элементами предустановки  DD 3–DD 6 и кнопками  SB1– SB4 представляет собой программатор с переменным коэффициентом пересчета, 0 ≤ Кп≤ 16. В производственных условиях указанные кнопки используются только для ручной коррекции выходного параметра, а весь ход технологического  процесса осуществляют ЭВМ, микропроцессоры или аналого-цифровые преобразователи.        |