Управление вентильными преобразователями. Принципы построения систем управления вентилями выпрямителей

ГЛАВА 2. УПРАВЛЕНИЕ ВЕНТИЛЬНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

2.1. Принципы построения систем управления вентилями выпрямителей

Регулирование выходного напряжения ВП в большинстве случаев осуществляется за счет изменения угла открывания вентилей . С этой целью каждый ВП снабжается системой управления, которая обеспечивает формирование управляющих импульсов и осуществляет одновременно фазовый сдвиг этих импульсов относительно анодного напряжения вентилей. Такую систему управления называют системой импульсно-фазового управления (СИФУ).

Управление углом  осуществляется в основном двумя способами: синхронным, при котором отсчет угла управления ведется от фазы напряжения питающей сети, и асинхронным, при котором регулирование фазы импульсов осуществляется без однозначной явно выраженной привязки к фазе питающей сети. В последнем случае управление преобразователем осуществляется с помощью обратной связи по выходному параметру ( или ).

Синхронные СИФУ выполняются многоканальными и одноканальными, асинхронные обычно – одноканальными. В многоканальных СИФУ отсчет угла управления и формирование управляющего импульса осуществляется для каждого вентиля (или группы вентилей при последовательном или параллельном их соединении) отдельно. В одноканальных системах управления формирование импульсов происходит в одном канале с последующим распределением их по вентилям специальным устройством – распределителем импульсов.

На рис.2.1 приведена функциональная схема многоканальной СИФУ, а на рис.2.2 - одноканальной СИФУ.

Основным недостатком многоканальных СИФУ является трудность получения симметрии импульсов по каналам, так как это связано с тщательным подбором параметров СИФУ каждого канала. Одноканальные СИФУ свободны от этих недостатков, но значительно усложняются за счет использования ФРИ.

ФСУ по типу управления подразделяются на устройства с вертикальным принципом управления и горизонтальным. Вертикальный принцип получил наиболее широкое распространение, особенно в многоканальных СИФУ, нашедших широкое применение в ВП для электропривода.

Принцип вертикального управления состоит в том, что на входе формирующего устройства ФСУ происходит сравнение двух напряжений: переменного (опорного) и регулируемого постоянного (напряжения управления). В момент равенства этих напряжений на выходе формирующего устройства ФСУ появляется управляющий импульс. Изменяя значение управляющего напряжения по амплитуде, можно подучить сдвиг управляющего импульса по фазе относительно анодного напряжения. На рис.2.3, 2.4 приведена иллюстрация принципа вертикального управления для двух случаев опорного напряжения: для линейного (рис. 2.3) (пилообразного) и для синусоидального (рис. 2.4). При напряжении управления  формирование импульса управления будет происходить в момент времени , (при равенстве напряжений  и ), которому соответствует угол отпирания . При напряжении управления , импульс будет формироваться в момент времени , чему соответствует угол отпирания вентиля .

Форма опорного напряжения определяет вид регулировочной характеристики СИФУ . Например, для синусоидального опорного напряжения (рис.2.4) регулировочная характеристика будет нелинейной

.

Однако такая регулировочная характеристика имеет определенные преимущества, так как в этом случае результирующая характеристика ВП  оказывается линейной:

.

Для линейной регулировочной характеристики

(рис.2.3) ВП оказывается нелинейным эвеном:

.

На практике наиболее употребительны СИФУ с линейными регулировочными характеристиками, вследствие простоты их построения и возможности коррекции характеристик БП, например с помощью нелинейных входных устройств.

В зависимости от назначения ВП к СИФУ предъявляются различные требования, наиболее общие из которых: амплитуда управляющего импульса должна быть не менее 200-400 мА; ширина управляющего импульса должна быть достаточной, чтобы ток вентиля успел нарасти до тока удержания, что составляет 10-15 электрических градусов; фронт импульса должен быть достаточно крутым (порядка 10 А/мкс), с целью избежания большой асимметрии управления. Диапазон регулирования угла  должен лежать в пределах 150-160 электрических градусов; быстродействие СИФУ должно быть, по возможности, максимальным, позволяющим в полной мере использовать практическую безынерционность ВП.

Конкретные примеры реализаций СИФУ вертикального и горизонтального типов приведены в [4,7-9].

2.2. Прямое цифровое управление вентильными преобразователями

Достоинства полупроводниковой СИФУ с вертикальным принципом управления: легкость построения отдельных узлов системы управления и практическая безынерционность определяли до настоящего времени очень широкое применение ее в ВП.

Развитие средств микропроцессорной техники в последние годы позволило создать гибкие быстродействующие и надежные системы управления ВП. При этом центральный процессор может выполнять не только основную функцию управления - управление углом отпирания тиристоров, но и ряд вспомогательных: контроль за работой основных элементов, защиту от аварийных режимов, регулирование входного воздействия и так далее.