СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНКОВЫМИ ПРЕОРАЗОВАТЕЛЯМИ

Регулирование напряжения тиристорных преобразовате­лей (ТП) осуществляется путем изменения угла открывания тиристоров а. С этой целью каждый ТП оснащается системой управления, которая обеспечивает формирование управляю­щих импульсов, а также сдвиг этих импульсов по фазе отно­сительно анодного напряжения тиристоров. Такие системы управления называют импульсно-фазовыми.

Системы импульсно-фазового управления тиристорными преобразователями (СИФУ) должны удовлетворять ряду спе­цифических требований, которые можно разделить на две группы:

1. Требования, относящиеся к управляющему импульсу.

2. Требования, обусловленные схемой выпрямления и используемыми режимами ТП.

Для надежного открывания тиристора на его управляю­щий электрод нужно подать импульс определенной полярно­сти и длительности. Для надежного открывания любого тири­стора данной серии применяемая СИФУ должна обеспечить ток и напряжение управления, превышающие наибольший ток и напряжение управления, указываемые для тиристоров данной серии. Кроме того, мощность потерь, выделяющихся в цепи управляющий электрод - катод, также ограничивается максимально допустимым значением.

Минимальная длительность управляющего импульса долж­на быть больше времени включения тиристора, а за время существования импульса ток в анодной цепи тиристора дол­жен успеть вырасти до уровня тока удержания.

Крутизна переднего фронта напряжения управляющего импульса должна быть достаточной для обеспечения быстро­го нарастания тока управления, четкого отпирания тиристора и уменьшения потерь при включении. При малой крутизне из-за различия параметров цепей управления тиристоров в многофазных схемах может появиться асимметрия выпрям­ленного напряжения.

Особенно высоки требования к крутизне управляющих импульсов при последовательном и параллельном соединении тиристоров, так как недостаточная крутизна приводит к их неодновременному открыванию. При параллельном соедине­нии это приводит к кратковременной перегрузке тиристора, который открывается раньше, а при последовательном соеди­нении все анодное напряжение может быть приложено к ти­ристору, открывающемуся последним. В обоих случаях неод­новременное открывание тиристоров может привести к вы­ходу их из строя.

Обычно управляющий импульс формируется с крутизной переднего фронта 0,2 – 2 А/мкс. При последовательном и па­раллельном соединении тиристоров крутизну следует выби­рать ближе к верхнему пределу.

Необходимый максимальный диапазон регулирования утла α для ТП, работающего как в выпрямительном, так и инверторном режимах, теоретически составляет 180⁰. Однако максимальный угол регулирования из-за возможности опро­кидывания инвертора ограничивается 150–160⁰.

Под опрокидыванием инвертора понимают аварийный процесс нарастания тока, связанный с нарушением правиль­ной коммутации тока с одного полупроводникового прибора на другой.

СИФУ должна обеспечивать симметрию управляющих им­пульсов по фазам. Асимметрия вызывает неравномерную нагрузку тиристоров из-за различной продолжительности их работы и приводит к ухудшению условий работы питающего трансформатора и сглаживающего дросселя. Допустимая ве­личина асимметрии управляющих импульсов не более 3⁰.

Быстродействие системы управления ТП является одним из важнейших ее показателей. С целью достижения макси­мального быстродействия преобразователя СИФУ выполня­ются практически безынерционными.

Наиболее распространенными являются многоканальные синхронные системы управления ТП, построенные по «вер­тикальному» принципу. В синхронных СИФУ отсчет угла α выполняется от моментов естественного отпирания для каж­дого плеча моста (или для каждой пары противофазных плеч). Синхронизация с питающей сетью заключается в том, что управляющие импульсы для каждого тиристора ТП генерируются в диапазоне, жестко связанном с периодичностью повторения анодного напряжения.

Особенностью многоканальных СИФУ является то, что формирование и фазовый сдвиг импульсов осуществляется в отдельном канале для каждого вентильного плеча многофаз­ного ТП.

Функциональная схема одного канала СИФУ показана на рис. 23. Каждый канал, как правило, содержит фазодвигающееся устройство ФСУ и формирователь импульсов ФИ. Фазосдвигающее устройство, в свою очередь, содержит уст­ройство синхронизации с сетью С, генератор развертки ГР и пороговое устройство (нуль-орган) НО. На вход НО подается кроме опорного напряжения U_оп сигнал управления ТП U_y. В общем случае напряжение U_y может подаваться через спе­циальное входное устройство, осуществляющее согласование параметров сигнала управления ТП со входом СИФУ.

В момент равенства опорного напряжения U_оп и напряже­ния управления U_y пороговое устройство переключается и формирователь импульсов ФИ в этот же момент времени вы­дает управляющий импульс. Все перечисленные элементы могут иметь различное исполнение и отличаться по принципу работы.

В СИФУ используют два вида опорных напряжений: ли­нейно изменяющееся во времени и косинусоидальное. В по­следнем случае при соответствующей фазировке напряжения развертки относительно моментов естественной коммутации тиристоров результирующая регулировочная характеристика ТП получается линейной В многофазных системах число каналов СИФУ соответст­вует числу фаз ТП. Работа каждого канала синхронизируется с соответствующей фазой напряжения сети.

Для обеспечения симметрии работы системы управления узел введения сигнала управления ТП U_y выполняется общим для всех каналов.

Рис.23 Функциональная схема одного канала СИФУ

Достоинством многоканальных СИФУ является простота структурной схемы.

Основной недостаток — необходимость подстройки кана­лов с целью их симметрирования. Асимметрия импульсов по каналам Δα на практике составляет 2⁰ — 3⁰. Недостатком также являются повышенные аппаратурные затраты, увеличиваю­щиеся пропорционально числу каналов.

При «горизонтальном» принципе управления фазовый сдвиг управляющего импульса достигается использованием фазовращающих устройств. Этот принцип управления широ­ко использовался на ранней стадии развития силовых стати­ческих преобразователей, а затем утратил свое значение. Од­нако к нему начинают возвращаться при создании цифровых систем управления.

Для формирования СИФУ в настоящее время широко ис­пользуются серийно выпускаемые интегральные микросхемы общего применения (например, операционные усилители се­рии К553УД2, логические интегральные микросхемы серии К511, гибридные интегральные микросхемы и др. Ведутся работы по созданию специальных микросхем, реализующих в одном корпусе отдельные узлы или полный канал системы управления, а также по применению микропроцессорной техники для управления преобразователями.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: