Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
2.2 Системы импульсно-фазового управления
Включение тиристора (переход в состояние высокой проводимости) происходит при наличии положительного напряжения не его аноде и при наличии положительного сигнала на его управляющем электроде.
Действие управляющего электрода сводится к управлению только моментом включения тиристора. После включения тиристора форма и длительность управляющего сигнала (в определенных пределах) не оказывают решающего значения, поскольку ток тиристора в открытом состоянии определяется параметрами внешней силовой цепи. Это свойство тиристора используется в импульсно-фазовом способе управления, который заключается в следующем. Система управления (СУ) формирует импульсы, которые подаются на управляющий электрод и включают тиристоры в определенный момент времени. Мощность и длительность импульса выбираются достаточными для надежного включения любого стандартного тиристора данного типа.
Таким образом назначение системы импульсно-фазового управления (СИФУ) заключается в формировании импульсов управления с изменяющимся моментом подачи этих импульсов относительно момента естественной коммутации тиристора, то есть изменять момент включения тиристора. Иными словами СИФУ преобразует аналоговый сигнал (напряжение) в угол управления тиристорами.
Основные требования предъявляемые к СИФУ:
высокое быстродействие;
высокая устойчивость к импульсным помехам;
линейность регулировочной характеристики (Ud =f(Uу));
гальваническая развязка цепей управления и силовых цепей.
Рассмотрим основные виды СИФУ.
Система импульсно-фазового управления вертикального типа
Функциональная схема СИФУ вертикального типа показана на рис. 30.
Рис. 30. Функциональная схема СИФУ вертикального типа
В нее входят:
устройство синхронизации (УС);
интегратор ();
элемент сравнения (ЭС) напряжения управления (Uу) и напряжения развертки (Uр);
компаратор;
формирователь длительности импульсов (ФДИ);
импульсный усилитель (ИУ);
гальваническая развязка (ГР) цепей управления и силовой цепи;
генератор импульсов (ГИ), который формирует прямоугольные импульсы высокой частоты, с помощью которых обеспечивается модуляция выходных управляющих импульсов и тем самым снижаются габариты выходного трансформатора.
Принцип работы СИФУ вертикального типа представлен на рис. 31.
Рис. 31. Временные диаграммы работы СИФУ вертикального типа
К достоинствам системы фазового управления (СФУ) вертикального типа относятся:
высокое быстродействие системы;
линейность коэффициента передачи;
Недостатками СИФУ вертикального типа являются:
низкая помехоустойчивость;
сложность реализации по сравнению с другими СФУ.
Система импульсно-фазового управления горизонтального типа
Функциональная схема СИФУ горизонтального типа представлена на рис. 32.
Рис. 32. Функциональная схема СИФУ горизонтального типа
В нее входят:
устройство синхронизации (УС);
интегратор ();
элемент сравнения (ЭС) опорного напряжения (Uо) и напряжения развертки (Uр);
компаратор;
формирователь длительности импульсов (ФДИ);
импульсный усилитель (ИУ);
гальваническая развязка (ГР) цепей управления и силовой цепи;
генератор импульсов (ГИ).
Принцип работы СИФУ горизонтального типа представлен на рис. 33.
Рис. 33. Временные диаграммы работы СИФУ горизонтального типа
Из временных диаграмм работы СИФУ горизонтального типа следует, что преобразование напряжения управления в угол управления осуществляется изменением (за счет изменения напряжения управления Uу на входе интегратора) наклона напряжения развертки, при постоянном опорном напряжении Uо, в отличие от системы вертикального типа, в которой наклон напряжения развертки неизменен, но меняется опорное напряжение, которое в этой системе является напряжение управления.
К достоинствам системы фазового управления (СФУ) горизонтального типа относятся:
высокая помехоустойчивость системы к импульсным помехам, так как интегратор обеспечивает сглаживание помех;
относительная простота реализации СФУ.
Недостатками СИФУ горизонтального типа являются:
низкое быстродействие;
нелинейность коэффициента передачи, а именно его зависимость от напряжения управления .
Система фазового управления интегрирующего типа с интегрированием управляющего и синхронизирующего напряжения
Рис. 34. Функциональная схема СФУ интегрирующего типа
В нее входят:
элемент суммирования напряжения управления и напряжения синхронизации (ЭС1);
интегратор ();
элемент сравнения (ЭС) опорного напряжения (Uо) и напряжения развертки (Uр);
компаратор;
формирователь длительности импульсов (ФДИ);
импульсный усилитель (ИУ);
гальваническая развязка (ГР) цепей управления и силовой цепи;
генератор импульсов (ГИ),
устройство установки начальных условий (НУ), обеспечивающее одинаковое напряжение в начале и конце процесса интегрирования.
Принцип работы СИФУ интегрирующего типа представлен на рис. 35.
Рис. 35. Временные диаграммы работы СИФУ интегрирующего типа
При изменении напряжения управления Uу от 0 до 0.7Ucm, где Ucm - максимальное напряжение синхронизации, угол управления изменяется от 180 до 0.
К достоинствам системы фазового управления (СФУ) интегрирующего типа по сравнению с двумя предыдущими системами относятся:
практически линейная зависимость угла управления от напряжения управления;
неизменность характеристик системы при нестабильности параметров элементов интегратора.
Примеры реализации функциональных узлов СИФУ
Как было описано ранее СИФУ состоит из следующих основных элементов:
синхронизирующего устройства (УС), обеспечивающего синхронизацию последовательности импульсов с сетевым питающим напряжением;
фазосдвигающего устройства (ФСУ), преобразующего управляющий сигнал в соответствующее фазовое положение последовательности импульсов относительно сетевого питающего напряжения;
устройства последовательного формирования, обработки и усиления управляющих импульсов. Это устройство выполняет различные логические операции, связанные с режимом работы силовой схемы выпрямителя и самой СУ; прекращение подачи управляющих импульсов в аварийных режимах, удвоение импульсов в случае использования узких управляющих импульсов, распределение импульсов по каналам управления и тик далее. Кроме того, оно предназначено для формирования импульсов заданной длительности и их усиления.
выходного устройства (ВУ), осуществляющего окончательное формирование и усиление импульсов управления.
Наличие всех указанных устройств или четкое разделение СУ на такие устройства не является обязательным, поскольку некоторые функции СУ могут быть объединены в одном элементе. Способы технической реализации указанных устройств могут быть различны как по типу применяемых элементов, так и по типу применяемых элементов, так и по принципу действия схемы.
Узел синхронизации
Узел синхронизации предназначен для формирования коротких импульсов в моменты естественной коммутации тиристоров. Один из способов реализации узла синхронизации представлен на рис. 36
Рис. 36. Устройство синхронизации
Временные диаграммы работы схемы на рис. 37
Рис. 37. Временные диаграммы работы устройства синхронизации
2. Генератор развертки
Генератор развертки выполняет функцию формирования пилообразного напряжения развертки. Схемы, реализующие данную задачу представлены на рис. 38.
Рис. 38. Генераторы развертки: на транзисторе (а), на операционном усилителе (б)
Генератор развертки рис. 38а используется в простейших схемах выпрямления, так как данная схема не обеспечивает высокой линейности напряжения развертки. Для преобразователей с улучшенными характеристиками применяются генераторы развертки на основе операционного усилителя (ОУ). Схема генератора развертки на ОУ приведена на рис. 38б. В данной схеме транзисторы VT1 и VT2 предназначены для установки начальных условий.
Фазосдвигающий узел СФУ
Фазосдвигающий узел СФУ с интегрированием управляющего и синхронизирующего напряжений приведен на рис. 39. Временные диаграммы работы данной схемы представлены на рис. 40.
Рис. 39. Фазосдвигающий узел СФУ с интегрированием управляющего и синхронизирующего напряжения
Рис. 40. Временные диаграммы работы фазосдвигающего узла с интегрированием управляющего и синхронизирующего напряжения.
Угол управления в системе горизонтального типа стабилен и определяется только напряжениями синхронизации Uс и управления Uу. Условие формирования импульса управления:
, отсюда
.
Таким образом, из полученной формулы следует, что момент формирования импульса управления, определяющий угол фазового сдвига , не зависит от параметров интегратора. То есть, при изменении значений R и С не меняется, при условии неизменности Uс и Uу. В связи с представленными свойствами данная схема используется для построения выпрямительных устройств с высокой симметрией углов управления по всем каналам СФУ.
Формирователь длительности импульсов
Возможные схемы построения формирователя длительности импульсов приведены на рис. 41.
Рис. 41. Формирователи длительности импульсов
Импульсный усилитель мощности с гальванической развязкой
На рис. 42 представлены возможные варианты построения импульсных усилителей
Рис. 42. Схемы импульсных усилителей
Недостатком схемы рис. 42а в наличии постоянно протекающего тока через резистор R1 из-за поочередной работы транзисторов VT1 и VT2, поэтому ее применяют при малых токах. Данный недостаток устранен в схемах рис. 42б, в. Наилучшими свойствами с точки зрения рассеиваемой мощности является схема рис. 42в, так как в ней наименьшее число резисторов. Недостатком схемы рис. 42в является относительное большое остаточное напряжение, определяемое напряжениями на транзисторах VT1 и VT2.
На практике рационально применять двухкаскадный усилитель мощности, когда в нем оба транзистора работают одновременно. Подобная схема приведена на рис. 43.
Рис. 43. Импульсный усилитель
Диод VD1 служит для замыкания тока самоиндукции обмотки трансформатора. Стабилитрон VD2 ограничивает обратный выброс напряжения для ускорения завершения переходного процесса связанного с эффектом самоиндукции, что очень важно при высокой частоте следования управляющих импульсов.