Защита от коммуникационных перенапряжений

Включают R-C цепи параллельно силовым вентилям (рис. 153б) VS.

Рис. 153б. Защита вентиля R-C целью

Ø Со стороны питающей сети:

Рис. 154. Защита R-C цепями. Рис. 155. Защита п/п ограничителями.

Ø Со стороны нагрузки:

Рис.156. Защита R-C цепями. Рис. 157. Защита «0» диодом. Рис. 158.Защита «0» тиристорами.

· R-C цепью (рис 156);

C – закорачивает пики напряжения через себя

R – ограничивает ток через конденсатор

· VD₀ – нулевой диод (рис. 157) в нереверсивных преобразователях;

· Нулевые тиристоры - VS₀ (рис. 158)

Лекция № 32

СИФУ тиристорных преобразователей

СИФУ построены на принципе импульсно-фазового управления, заключающегося в изменении момента включения тиристора относительно точки естественного зажигания (в многофазных схемах – это точка пересечения фазных ЭДС). Состав основных блоков представлен на рис.159.

Рис. 159. Блок-схема СИФУ.

Функциональное назначение блоков:

Вх. Устр-во (синхр.) – синхронизирует работу канала СИФУ с фазой анодного напряжения (U_a) (рис. 160) тиристора на участке времени, где VS может включиться.

ФСУ – позволяет смещать момент включения тиристора относительно точки естественного зажигания (А, А’) (рис. 160) посредством изменения U_У СИФУ.

Рис. 160. Временные диаграммы напряжений.

Требования к СИФУ

Определяются:

Ø типом вентиля (VS, VT);

Ø режимом работы преобразователя (“В” или “И”);

Ø характером нагрузки (R_н, L_н, E_о).

Ø К амплитуде управляющего импульса.

U_и – 20В, I_и – 2А – VS; U_и – 0,5В, I_и – 0,1¼2А – VТ.

Ø К крутизне переднего фронта (не менее 10 В/мкс – VS).

Ø К ширине диапазона изменения угла регулирования (зависит от типа преобразователя, режима работы, характера нагрузки). Так для трёхфазной мостовой схемы a составляет: R_н : 0<a<120°; L_н : 0<a<90°; в инверторном режиме: a_min < a < 170°.

В реверсивных преобразователях:

Ø Ограничение b_min (или a_max): a_min.

Ø Установка 0 < a_о < 120°.

· К симметрии управляющих импульсов по фазам (чем больше асимметрия импульсов, тем больше: поток вынужденного намагничивания, неравномерность загрузки вентилей, искажение формы тока). Допустимый разброс: (1,5 ¸ 2,5)° эл.

· К длительности импульса управления, t_и > t_вкл тиристора, при t_и < y с E_o VS не включается, t_и - 60° - в мостовых трёхфазных схемах или два спаренных импульса через 60° эл.

· Быстродействие – допустимое время запаздывания импульса СИФУ разное в зависимости от числа фаз преобразователя и f_пит.

Так для f_пит = 50 Гц трехфазная схема допускает t_зап < 3,3 мс,

однофазная t_зап < 20 мс.

Если f_пит = 400 Гц, то трехфазная t_зап < 420 мкс, однофазная t_зап < 2,5 мс.

· Синхронизация a = 0 с анодным напряжением тиристора (U_а).

· Ограничение изменения , т.к. переход из “И”® “В” осуществляется быстрее, чем из “В” ® “И”.

Классификация электронных СИФУ

Ø По количеству каналов формирования импульсов:

· одноканальные;

· многоканальные (два и более).

Ø По принципу изменения угла регулирования:

· с горизонтальным управлением;

· с вертикальным управлением;

· с цифровым управлением.

Ø По способу синхронизации с U_а:

· синхронные (a отсчитывается от определённой фазы U_сети);

· асинхронные (a отсчитывается от момента поступления предыдущего импульса управления).

Лекция № 33

Синхронные СИФУ

Горизонтальное управление

Рис. 161. Функциональная схема СИФУ с горизонтальным управлением.

Состав блоков:

СУ – синхронизирующее устройство.

МФУ – мостовое фазовращающее устройство.

ГПН – генератор переменного (синусоидального) напряжения, синхронизированного с напряжением анодного питания тиристора.

МФУ – мостовое фазовращающее устройство, предназначенное для смешения точки прохождения синусоиды U_ГПН через ноль влево или вправо. U_ГПН смещается влево или вправо в зависимости от величины U_у.

ФИ – формирователь импульсов (по форме, амплитуде, длительности);

ВК – выходной каскад, необходим для усиления импульса по мощности и создания гальванической развязки.

Принцип действия (см. рис. 162):

U_a посредством СИФУ запускает ГПН, который генерирует синусоиду U_ГПН с отставанием 90° от U_а. Она подаётся на МФУ совместно с U_у, величина которого определяет сдвиг по фазе a относительно U_ГПН.

В момент перехода через ноль синусоиды, МФУ вырабатывает импульс управления для запуска ФИ, сдвинутый относительно начала синусоиды U_а на угол a.

ВК усиливает и распределяет по тиристорам преобразователя импульсы управления.

Рис. 162. Временные диаграммы работы СИФУ с горизонтальным управлением.

Недостатки:

· Критичность (МФУ) к несинусоидальности напряжения.

· В качестве нелинейных элементов в МФУ используется транзисторы с большим разбросом характеристик, что определяет величину несимметрии импульсов по фазам преобразователя.

Вертикальная СИФУ

Рис. 163. Функциональная схема СИФУ по вертикальному принципу управления.

Состав (рис. 163):

СУ – синхронизующее устройство;

ФСУ - фазосмещающее устройство;

ГОН – генератор опорного напряжения;

УС – устройство сравнения;

РИ – распределитель импульсов;

ФИ – формирователь импульсов;

ВК – выходной каскад.

Рис. 164 Временные диаграммы работы СИФУ по вертикальному принципу управления.

Назначение:

СУ – предназначено для синхронизации момента поступления импульса зажигания с анодным напряжением тиристоров – U_а;

ФСУ- предназначено для смещения фазы регулирования a относительно точки естественного зажигания. Состоит из:

ГОН для задания момента времени, при котором возможна подача импульса управления (синусоидальным или пилообразным напряжения ГОН);

УС- устройства сравнения U_гон с U_у.

РИ – распределитель импульсов по каналам (тиристорам);

ФИ1,2 - формирователи импульсов заданной длительности, амплитуды и формы;

ВК1,2 – выходные каскады. Предназначены для усиления импульса по мощности и создания гальванической развязки управляющей и силовой цепей тиристора.

Принцип действия.

Система работает следующим образом. ГОН (см. рис. 163) запускается при поступлении с СУ напряжения в момент появления на тиристорах прямого напряжения, т.е. в точках естественной коммутации (см. рис. 164). С выхода ГОН напряжение пилообразной формы поступает в УС, где оно сравнивается с напряжением управления U_у. В момент равенства пилообразного и управляющего напряжений УС вырабатывает импульс, который через РИ поступает на ФИ1 или ФИ2 и дальше через ВК1 или ВК2 – на тиристоры выпрямителя.

Одноканальные СИФУ

Рис. 165. Функциональная схема одноканальной СИФУ.

Рис. 166. Временные диаграммы работы одноканальной СИФУ выполненной по вертикальному принципу управления.

Рис. 167. Функциональная схема многоканальной СИФУ.

Состав блоков (рис 167):

СУ – синхронизирующее устройство.

ФС – фазосмещающее устройство. Для сдвига сигнала, отпирающего тиристор, на угол a, пропорционально управляющему напряжению U_у;

ФИ – формирователи импульсов;

ВК – выходные каскады;

Принцип действия.

Необходимый фазовый сдвиг управляющих импульсов относительно U_а каждой фазы создаётся с помощью СУ и ФС аналогично предыдущим схемам.

Достоинства:

· Отсутствие распределителя импульсов по каналам.

· Синхронизация с сетью не вызывает затруднений, т.к. каждый канал работает с частотой сети.

Недостатки:

Из-за большого числа каналов и разброса параметров элементов схем ФС создаётся значительная несимметрия импульсов по фазам. Разброс угла регулирования по фазам достигает 3°.

Цифровые СИФУ

Рис. 168. Функциональная схема цифровой СИФУ.

Устройство:

Цифровая СИФУ (рис. 168) построена на дискретных элементах.

Р – регистр памяти (для кода a);

СИ – счетчик импульсов;

СС – схема сравнения;

К – ключ. Пропускает импульсы на счетчик в момент, когда анодное напряжение тиристоров U_а становится положительным и прерывает поступления импульса на счетчик после срабатывания схемы совпадения (СС);

ГЭЧ - генератор эталонной частоты, предназначен для запуска счетчика импульсов.

Принцип действия:

ГЭЧ вырабатывает импульсы с постоянной частотой следования. В момент появления положительного анодного напряжения U_а на тиристоре, вырабатывается команда «Пуск», открывается ключ К, и импульсы от ГЭЧ поступают на счетчик импульсов. Когда код регистра Р сравнивается с кодом СИ, СС запускает формирователь импульсов. После запуска формирователя происходит сброс счётчика и запирание ключа “К”.

Достоинства:

Ø Высокая симметрия импульсов;

Ø Точность задания угла α;

Ø Удобство применения цифровых устройств в замкнутых цифровых системах управления.

Асинхронные СИФУ

Рис. 169. Функциональная схема асинхронной СИФУ.

В асинхронных СИФУ (рис 169) угол a отсчитывается не от точки естественного зажигания, а от момента выработки предыдущего импульса управления.

Устройство:

Э-С. - элемент сравнения управляющего напряжения U_у с напряжением на выходе выпрямителя через датчик напряжения Д. Разница между U_д и U_у передается на задающий генератор 3.Г.,

З.Г. - задающий генератор, выдающий импульсы с частотой f = f_сети*m₂;

РИ - распределитель импульсов по 1 импульсу в каждый канал управления;

К1Кm - электронный ключ для ограничения диапазона изменения a: a_min<a<a_max;

УОД - устройство ограничения диапазона;

ВК - выходной каскад;

Принцип действия.

a = f (U_Н). Контролируется U_Н, если U_Н отклонилось от заданного посредством U_У, то Э-С. воздействует на ЗГ так, чтобы изменения a компенсировали отклонение U_Н от заданного.

Достоинства:

При любой несинусоидальности напряжения в сети позволяет без фильтров получить достаточную симметрию импульсов по фазам преобразователя.

Недостаток:

Много элементов, система сложнее, больше отказов.

Лекция №34