Выбор структуры и основных узлов системы управления тиристорными преобразователями. Расчет и выбор основных элементов системы импульсно-фазового управления

3. ВЫБОР СТРУКТУРЫ И ОСНОВНЫХ УЗЛОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ.

Устройство изменяющее угол управления α в зависимости от напряжения управления называют системой импульсно-фазового управления (СИФУ). Выходные сигналы СИФУ представляют собой импульсы, параметрами которых выбирают в соответствии с параметрами управляющих цепей тиристоров и силовой схемой ТП.

Основной задачей СИФУ является получение требуемой зависимости напряжения U_d от напряжения управления U_у.

Наиболее распространённая в настоящее время система управления, построенная по вертикальному принципу, которая представлена на рис 3.1.

Рис 3.1. Структурная схема СИФУ с вертикальным принципом управления

Основу СИФУ составляет блок управления, предназначенный для управления одним тиристором. В состав блока управления входят генератор опорного линейно-изменяющего напряжения (ГЛИН), синхронизированного вторичной ЭДС е₂ силового трансформатора; нуль-орган (НО), который производит сравнение опорного напряжения и напряжения управления; формирователь импульсов ФИ, который вырабатывает импульсы для открывания тиристоров.

ГЛИН формирует изменяющийся во времени напряжение U_оп линейной формы. С помощью НО опорное напряжение генератора сравнивается с управляющим напряжением U_у, на выходе НО возникает импульс, сформированный и усиленный, он подаётся на тиристоры.

Путём изменения величины напряжения U_у осуществляется сдвиг во времени выходного импульса и регулирования угла α, а следовательно, и выходного напряжения преобразователя. ГЛИН и НО образуют вместе фазосдвигающее устройство ФСУ. Основные требования, предъявляемые к

СИФУ: амплитуда управляющего импульса должна быть не менее 200 – 400 мА, ширина управляющего импульса должна быть достаточна, чтобы ток тиристора успел дорасти до тока удержания и соответствует 10 -- 15°; фронт импульса должен быть достаточным (порядка 10 А/с) с целью избежать ассиметрии напряжения; диапазон управления должен быть по возможности максимальным. СИФУ также характеризуется коэффициентом усиления:

                     который зависит от U_оп. Увеличение R_СИФУ можем добиться путём уменьшения U_оп, но при этом снижается надёжность работы СИФУ.

4. Расчет и выбор основных элементов системы импульсно-

фазового управления ( СИФУ) преобразователя

4.1. Генератор опорного напряжения

ГОН состоит из двух частей:

А) Источник синусоидального напряжения, которым является трансформатор Т2, выполненный по схеме соединения обмоток Δ/Y-7 на напряжение 380/17.32 В

Рис. 4.1. Источник синусоидального напряжения

Б) ГЛИН состоит: компаратор, интегратора на операционном усилителе и инвертирующего усилителя (рис 4.2)

Рис 4.2. Генератор линейно изменяющегося напряжения.

Операционные усилители выбраны из серии 574.   Параметры микросхемы К574УД1А:

U_нп1=15±1.5 В;        U_нп2=--15±1.5 В;

U_{вых max}=± 10 В;

U_см≤50 мВ;

I_потр. ≤8 мА;

I_вх≤0.5 нА;           ΔI_вх≤0.2 нА

Компаратор выполнен на ОУ DA1 и является генератором импульсов прямоугольной формы с выходным напряжением U_вых=±10 В.

Для защиты компаратора от перенапряжения между его входами включены два диода серии КД522Б с параметрами при t=25°C:

-- Средний (прямой) ток диода I_пр.ср.=100мА

-- Температура окружающей среды Т<85°C

-- Рабочая частота f≤0.15 МГц

-- Импульсное обратное напряжение U_обр.п.=75 В

-- Постоянное обратное напряжение U_обр=50 В

-- Длительность одноразового импульса тока при перегрузке t_и=10 мкс

-- постоянное прямое напряжение U_оп=1.1 В

-- Постоянный обратный ток диода I_обр=5мкА

Ограничивающие ток сопротивления R₁ и R₂ выбираем равным 100кОм

Расчёт интегратора.

где U_вых =5 В;   U_вх=10 В

Рис. 4.3. Диаграмма входного и выходного напряжения на интеграторе.

Время интегрирования рассчитываем, учитывая что частота f=50 Гц, по формуле:

Принимаем С₁=1 мкФ, тогда:

                 Принимаем R₃=20 кОм.

Расчёт инвертирующего усилителя.

Усилитель выполнен на ОУ   DA3.

Коэффициент усиления инвертирующего усилителя:

 k=2, так как на выходе надо получить напряжение 10 В.

Выбираем  R₅ = 20 кОм,   тогда R₄ = 10 кОм.

4.2. Нуль-орган.

Простейшей схемой нуль-органа может служить компаратор, схема которого приведена на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Схема нуль-органа.

Рис. 4.5. Передаточная характеристика компаратора.

Для защиты компаратора от перенапряжений между входами ставим два диода VD1 и VD2, включёнными встречно-параллельно. Выбираем диоды КД522Б, параметры которых приведены в п. 4.1.

Операционный усилитель DA выбираем серии 574УД1А.

4.3. Генератор и усилитель импульсов.

В качестве генератора импульсов выбираем блок, схема которого приведена на рис. 4.6

Рис. 4.6. Принципиальная схема генератора импульсов.

Он состоит из дифференцирующей цепочки R₁C₁, формирующей из напряжения выхода компаратора узкие импульсы (7° -- 15°) инвертора. R₂, R₃ и DA1 инвертируют сигнал, формируемой дифференцирующей цепочкой. Узел стабилизации R₄, VD1, формирующий стабильное напряжение выхода, которое подаётся на логические элементы блока логики.

Расчёт дифференцирующей цепочки проведём исходя из ширины импульсов, которые необходимы для стабильного открывания тиристоров (15°).

f_c=50 Гц;  

0.02 с  --  360°

Х      --   15°

Исходя из уравнений найдём ёмкость C₁ и сопротивление R₁:

Принимаем R₁=1 кОм,   тогда:

Принимаем С₁=0.15 мкФ.

ОУ выбираем серии 574УД1А.

Так как к_ус=0.5 (Необходимо понизить напряжение на выходе схемы в 2 раза