Фазосмещающее устройство

Состоит из: ГОН и НО (рис.172)

Генератор опорного напряжения

ГОН выдает косинусоидальное или пилообразное одно- или двухполярное опорное напряжение в зависимости от типа преобразователя (реверсивный, нереверсивный) и закона управления СИФУ.

По способу формирования пилообразного опорного напряжения ГОН делятся на:

· С диодными коммутаторами

· С транзисторными коммутаторами

· Схема синтезирования пилообразного напряжения из отрезков синусоидальных напряжений (для двухполярного U_ОП реверсивного преобразователя).

Генератор однополярного пилообразного опорного напряжения с транзисторным коммутатором

В качестве генераторов опор­ного напряжения (u₀)наибольшее распространение получили гене­раторы с пилообразной формой кривой выходного напряжения. Для получения такого сигнала предпочтение отдается способу, основанному на заряде конденсатора в цепи с большой постоянной времени (рис. 178, а).

Рис.178. Схема генератора опорного напряжения с транзисторным коммутатором (а), кривая опорного напряжения (б).

В схеме рис. 178а функцию коммутатора выполняет транзистор VТ,работающий в режиме ключа. Синхронизирующим напряжением является напряжение u₁ находящееся в противофазе с напряжением фазы “А” вторичной обмотки трансформатора трехфазного мостового управляемого выпрямителя. Иными словами, схема предназначена для канала управления тиристором VS1 выпрямителя (рис. 170).

Принцип действия.

Опорное напряжение (рис. 178 а, б) формируется на этапе закрытого состояния транзистора, когда в его базовой цепи действует напряжение u₁отрицательной полярности. Открытый диод Д1при этом уменьшает напряжение на базе транзистора VТдо величины падения напряжения на диоде, защищая тем самым транзистор от возможного пробоя его эмиттерного перехода. Благодаря большой постоянной времени заряда t = CR₂ напряжение на конденсаторе на рабочем участке изменяется почти по линейному закону (рис. 178б). Формирование опорного напряжения заканчивается при отпирании транзистора в момент времени 2p. Через открывшийся транзистор осуществляется разряд конденсатора до нуля в цепи с резистором R₃. Резистор R₃ ограничивает импульс разрядного тока конденсатора до величины, допустимой для тран­зистора. По окончании разряда через транзистор протекает ток, равный E/( R₂ + R₃), напряжение на конденсаторе ER₃ /(R₂ + R₃) близко к нулю, поскольку R₂ >>R₃

Достоинством схемы с транзисторным коммутатором (рис. 178а) является малое потребление мощности от трансформатора, управляющего работой транзистора.

Анализ схемы был проведен без учета влияния входной цепи нуль - органа. В ряде случаев влияние нуль - органа проявляется в том, что при срабатывании в момент равенства u₀ - u_уа нуль-орган создает шунтирующую цепь для конденсатора. Вследствие шунти­рующего действия нуль - органа после его срабатывания напряжение на конденсаторе остается близким к напряжению u_уа до наступления момента полного разряда до нуля через коммутатор.

Данная схема широко используется в СУ управляемых выпрямителей и ведомых сетью инверторов. В реверсивных преобразователях, а также в НПЧ она не нашла применения.

Нуль-орган

Простейшей схемой нуль – органа может служить усилительный каскад на транзисторе с общим эмиттером, работающий в ключевом режиме. Формирование вы­ходного импульса происходит при изменении состояния транзистора после достижения равенства u₀ = u_оп. Пример такой схемы нуль - органа приведен на рис. 179.

Рис. 179. Простейшая схема нуль – органаи диаграмма формирования момент a.

Принцип действия.

При u₀ < u_уа (рис. 178 а) t<t₁ (рис. 179) диод VD1 (рис. 179) заперт обратным напряжением, равным u_оп=u_уа–u₀ (рис. 178 а). Транзистор VТ1открыт, напряжение на выходе нуль - органа близко к нулю. Открытое состояние транзистора создается протеканием тока базы через резистор R1. Повышение напряжения u₀ до уровня u_уа вызывает отпирание диода VD1и запирание транзистора VТ1.К транзистору прикладывается напряжение, близкое к - Е, что свидетельствует о появлении сигнала на выходе нуль - органа.

Возможно также построение входной цепи нуль - органа, при котором режиму срабатывания отвечает переход транзистора из закрытого состояния в открытое.

На практике для уменьшения порога срабатывания и фронта нарастания напряжения на выходе, схему нуль - органа выполняют в виде двух- или трехкаскадного усилителя с импульсным режимом работы транзисторов. Существенное повышение чувствительности дает применение нуль - органа (компаратора) на операционном усилителе.

Сигналом для последующих узлов формирования управляющих импульсов тиристора преобразователя может служить перепад напряжений на выходе нуль - органа или короткий импульс, получаемый после дифференцирования.

Формирователь импульсов

Рис. 180. Схема транзисторного формирователя импульсов (а), форма сигнала на входе (б), кривая выходного напряжения (в).

Устройство (рис. 180 а):

- Два автономных источника питания Е₁ и Е₂, причем Е₁>Е₂;

- Зарядный конденсатор С₁;

- ТР1 – трансформатор. Участвует в формировании формы импульсов и является гальванической развязкой между управляющим электродом и анодной цепью VS₁;

- VT₁ – ключевой элемент;

- Цепь R2-VD4 – запирающая цепь транзистора. Падение напряжения на VD4 запирает транзистор VT1и поддерживает его в этом состоянии;

- VD₂, VD₃ – для ограничения самоиндукции в обмотке w₁;

- Входная цепь транзистора VT₁, шунтированная сопротивлением R₃, подключается к нуль-органу через одновибратор усиления U_ВХ, и создания длительности t₁–t₃;

- R₄ и VD₅ в цепи VS₁ предназначены для защиты управляющего электрода от обратного напряжения.

Принцип действия:

В момент времени , С1 заряжен до Е1, транзистор VT1 заперт, U_у=0;

В момент времени t = t₁, т.е. в момент совпадения напряжения U_оп с U_уα, вырабатывается положительный передний фронт импульса, транзистор VT₁ отпирается и все напряжение прикладывается к трансформатору.

Конденсатор С разряжается по цепи: + U_с1 ® w1 ® VT1 ® VD4 ® -U_c, τ_{разряда}=SR·C;

За время разряда напряжение конденсатора уменьшается от E1 до E2 (t₁¸t₂ рис.180 б)

Время действия переднего фронта большой амплитуды не более 100 мкс (для предотвращения разрушения управляющего электрода тиристора VS1). Остальная часть импульса нужна для поддержания тиристора включенным после окончания переднего фронта импульса (для предотвращения случайного выключения);

В момент времени t = t₂ U_c=E2.

В момент времени t = t₃ ЭДС самоиндукции меняет знак, т.к. VT1 запирается. От перенапряжения в момент коммутации управляющий электрод тиристора VS1 защищен сопротивлением R4 и вентилем VD5.

Ток намагничивания замыкается по цепи первич­ной обмотки трансформатора через диод VD2 и стабилитрон VD3. Индуцируемое при этом в первичной обмотке напряжение отрицательной полярности ограничивается с помощью стабилитрона VD3 на уровне U_ст (рис. 180 “в”), что защищает транзистор от перенапряжения. Конденсатор С снова заряжаетсядо напряжения E1.

Оконечный каскад

Рис. 181. Оконечный каскад.

Ø Оптронная развязка гальванически развязывает управляющий электрод и анодную цепь (рис.181).

Ø Импульс может умощняться за счет дополнительного тиристора VS₂.

Ø Возможно размножение импульсов, т.к. VS₂ можно поставить таким, чтобы он пропускал ток нужной величины.

Ø Также возможно формирование спаренных импульсов, следующих друг за другом через 60°. Когда на VT1 предыдущего канала управления VS подаётся один U_ВХ от своей фазы, другой – от точки пересечения отрицательных полуволн фазных ЭДС.