Глава восьмая. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

8.1. ФУНКЦИИ И СТРУКТУРА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЙ

Вентильные преобразователи состоят из силовой части (СЧ), работа которой была рассмотрена в гл. 6, и системы (СУ). Силовая часть управляемого преобразователя, выполненная на управляемых вентилях (тиристорах, силовых транзисторах), может работать только при подаче на управляющие электроды в определенные моменты времени импульсов, обеспечивающих включение данных вентелей.

В вентильных преобразователях с естественной коммутацией вентилей выключение тиристоров происходит за счет изменения полярности напряжения питающей сети и спада тока через вентиль к нулю. В преобразователях с искусственной коммутацией СУ обеспечивает также выключение вентилей в определенные моменты времени. В этой главе рассмотрены способы построения СУ вентильных преобразователей с естественной коммутацией.

Системы управления представляют собой нередко весьма сложные устройства для обработки информации и отличаются большим разнообразием в зависимости от типа преобразователя и области его применения. Однако функции СУ могут быть сведены к обобщенному перечню, а именно к выполнению двух основных задач:

1) определение моментов времени, в которые должны быть включены те или иные конкретные вентили. Эти моменты времени задаются некоторым управляющим сигналом, который подается на вход СУ и определяет ее работу, а в конечном счете задает значение выходных параметров преобразователя (например, среднее значение тока или напряжения на выходе выпрямителя);

2) формирование управляющих импульсов, т. е. создание управляющих сигналов, передаваемых в нужные моменты времени на управляющие электроды тиристоров и имеющих достаточные амплитуды, мощность, длительность, а в некоторых случаях определенную форму кривой.

Помимо этого СУ может выполнять и другие функции: осуществление пуска и остановки агрегата, осуществление защиты от аварийных режимов и т.д. Однако реализация этих дополнительных функций также сводится к определению моментов подачи управляющих импульсов на тиристоры преобразователя либо к запрету формирования управляющих импульсов (остановка агрегата, срабатывание защиты).

Первая задача, выполняемая СУ, является типичной задачей информационной электроники: преобразование управляющего сигнала (напряжение, ток или код) во временной интервал. В ВП с естественной коммутацией момент включения вентилей отсчитывается относительно момента естественной коммутации. Такая информационная задача сводится к определению угла управления а, т. е. фазового сдвига управляющего импульса относительно момента естественной коммутации.

Узел системы управления, выполняющий задачу преобразования управляющего сигнала в угловой интервал а, называется фазосмещающим устройством

Вторая задача, выполняемая СУ, сводится к формированию управляющего импульса по форме, длительности, амплитуде. Эту задачу выполняют узлы системы управления, называемые выходными формирователями (ВФ). Наиболее часто формируются управляющие импульсы прямоугольной формы. Длительность, амплитуда и мощность этих импульсов определяются в соответствии с параметрами силовых тиристоров и режимами работы вентильного преобразователя. Формирование прямоугольных импульсов осуществляется устройствами типа одновибратора (см. § 3.6), а усиление импульсов по мощности — каскадами, рассмотренными в § 2.16. При создании выходных формирователей важно достичь высокой помехоустойчивости их работы, поскольку в силовой части преобразователя имеют место скачки напряжений большой амплитуды, которые могут через паразитные емкости проникнуть в СУ. Поэтому в последнее время часто применяется связь СУ с управляющими электродами тиристоров через оптический канал (оптопары и т. п.) (см. )

Обобщенная структурная схема вентильного преобразователя как объекта управления приведена на рис. 8.1, с. Она состоит из силовой части СЧ и системы управления СУ. Последняя включает ФСУ, на вход которого подается управляющий сигнал , и ВФ, с выходов которого снимаются управляющие импульсы ИУ.

СУ может включать контур отрицательной обратной связи ОС, на вход которого поступает какой-либо выходной параметр преобразователя или объекта, получающего от преобразователя питание (напряжение, ток, частота вращения исполнительного механизма, температура печи и т. п.). На выходе блока ОС формируется напряжение , которое вновь поступает на вход СУ в виде сигнала ООС, что позволяет стабилизировать выходные параметры преобразователя и откорректировать погрешности, возникающие при его работе. В этом случае на вход поступает сигнал . Вентильные преобразователи, имеющие контур ОС, охватывающий силовую часть преобразователя, называются преобразователями с замкнутым контуром управления.

Более сложную структуру имеет СУ реверсивного вентильного преобразователя или непосредственного преобразователя частоты (НПЧ) (см. §6.7).

Рис. 8.1. Структурная схема системы управления нереверсивного (а) и реверсивного вентильного преобразователя (б)

Каждый из вентильных комплектов этих преобразователей имеет основные блоки управления ФСУ и ВФ, которые независимо друг от друга осуществляют управление комплектами в соответствии с общим для обоих комплектов управляющим сигналом . При раздельном управлении комплектами осуществляется их поочередная работа в зависимости от направления тока в цепи нагрузки . Структурная схема СУ реверсивного преобразователя с раздельным управлением приведена на рис.. .

Первый вентильный комплект связан с и второй комплект управляется и . На входе обоих выходных формирователей установлены логические элементы И, связанные с устройством раздельного управления УРУ. Если логический сигнал на выходе УРУ то подает управляющие импульсы на вентили первого вентильного комплекта; создающего выходной ток преобразователя положительной полярности. При выходном сигнале УРУ вступает в работу , управляющие импульсы поступают на вентили второго комплекта, формирующего отрицательную полярность выходного тока.

Одновременное включение комплектов исключается введением логического запрета .

УРУ представляет собой логическое устройство, на вход которого поступает информация о полярности выходного тока преобразователя . При реверсе направления тока с положительного на отрицательное УРУ при достижении нулевого значения тока устанавливает и включение вентилей первого комплекта запрещается. Через время выдержки, достаточное для восстановления вентилями первого комплекта управляющих свойств, на выходе УРУ формируется и включаются вентили второго комплекта.