Системы импульсно-фазового управления (СИФУ)

Cистемы управления, в которых управляющий сигнал имеет форму импульса, фазу которого можно регулировать, называют импульсно-фазовыми.

Системы импульсно-фазового управления по способу синхронизации делятся на два основных класса – синхронные СИФУ и асинхронные СИФУ. При синхронном импульсно-фазовом управлении угол подачи управляемого импульса отсчитывают от определенной фазы напряжения сети, питающей выпрямитель

(4.1)

где - угол подачи первого управляющего импульса; - угол начала отсчета, соответствующий моменту естественного отпирания; - регулируемый угол управления.

Синхронное управление в настоящее время является общепринятым и наиболее распространенным.

При асинхронном импульсно-фазовом управлении угол подачи управляющего импульса отсчитывают от момента подачи предыдущего импульса

. (4.2)

Из сравнения выражений (4.1) и (4.2) видно, что угол подачи управляющего импульса в асинхронной системе управления не связан в явном виде с координатами и напряжения сети, т.е. не синхронизирован с сетью питания.

В зависимости от способа получения сдвига управляющих импульсов различают системы, построенные по горизонтальным и вертикальным принципам управления.

При горизонтальном принципе сдвиг управляющих импульсов осуществляется путем изменения фазы входного синхронизирующего сигнала, обычно синусоиды напряжения входной сети, а затем из него формируются прямоугольные импульсы. Горизонтальный принцип, вследствие присущих ему недостатков (зависимость от формы и частоты питающего напряжения), не нашел широкого применения.

При вертикальном принципе управления (рис.4.5) напряжение управления сравнивается с опорным переменным напряжением (синусоидальным, пилообразным и т.д.). В момент времени, когда эти напряжения становятся равными и их разность изменяет полярность, происходит формирование импульса. Фазу импульса можно регулировать, изменяя величину постоянного напряжения управления.

Система управления однофазным мостовым выпрямителем (см. рис. 4.2, 4.3 и 4.6) работает следующим образом. Генератор пилообразного напряжения (ГПН) запускается при поступлении с синхронизатора (С) напряжения в момент появления на тиристорах прямого напряжения, т. е. в точках естественого отпирания. С выхода ГПН напряжение пилообразной формы поступает на устройство сравнения (УС), где оно сравнивается с напряжением управляющего органа . В момент равенства пилообразного напряжения и напряжения управляющего органа устройство сравнения вырабатывает импульс , который через распределитель импульсов (РИ) поступает на формирователь импульсов ФИ1 или ФИ2 и дальше через выходные каскады ВК1 или ВК2-на тиристоры выпрямителя.

Рис.4.5. Функциональная схема СИФУ для однофазного мостового выпрямителя

В одноканальных многофазных СИФУ генератор переменого напряжения работает с частотой в m раз больше частоты питающей сети, что требует в дальнейшем распределения управляющих импульсов по m каналам. Одноканальная СИФУ (рис.4.6) для трехфазного нулевого или полууправляемого мостового выпрямителя работает следующим образом. Генератор пилообразного напряжения ГПН запускается в момент появления на тиристорах прямого напряжения, т.е. в точках естественного отпирания. Запуск ГПН обеспечивается синхронизатором С. С выхода ГПН пилообразное напряжение подается на пороговое устройство (ПУ), которое срабатывает при достижении пилообразным напряжением порогового значения .

Рис. 4.6. Функциональная схема одноканальной СИФУ для трехфазного выпрямителя

Напряжение с выхода ПУ через дифференцирующую цепь (ДЦ) поступает на схемы совпадения (СС), куда подается соответствующий импульс с синхронизатора. При совпадении импульсов с выхода синхронизатора и дифференцирующей цепи один из выходных каскадов (ВК) вырабатывает управляющий импульс на отпирание тиристора соответствующей фазы. Фазоый сдвиг управляющего импульса осуществляется путем изменения наклона пи лообразного напряжения ГПН с помощью управляемого стабилизатора тока (УСТ). Система управления обеспечивает регулирование угла управления в диапазоне .

Благодаря общему фазосдвигающему устройству одноканальные системы управления обладают высокой симметрией управляющих импульсов. Несимметрия определяется только точностью синхронизации системы управления с питающей сетью и не превышает 0.5 эл. град.

Кроме того, одноканальная система проста в настройке, поскольку не требует создания нескольких идентичных каналов. К недостаткам одноканальных синхронных систем управления следует отнести сложность синхронизации с сетью, так как необходимо формировать одноканальную последовательность кратной частоты. В настоящее время большое распространение находят многоканальные системы управления с индивидуальными фазосдвигающими устройствами ввиду их простоты и универсальности.

Вертикальная шестиканальная система управления трехфазным мостовым выпрямителем (рис.4.7) состоит из синхронизатора (С), шести фазосдвигающих устройств (ФСУ1-ФСУ6), шести формирователей импульсов (ФИ1-ФИ6), шести выходных каскадов (ВК1-ВК6). Принцип работы этой схемы аналогичен работе схемы (рис.4.5).

Рис. 4.7. Функциональная схема шестиканального СИФУ для трехфазной мостовой схемы

Необходимый фазовый сдвиг управляющих импульсов относительно анодного напряжения тиристоров создается с помощью синхронизатора и фазосдвигающего устройства. ГПН , входящий в состав ФСУ, работает с частотой, равной частоте сети.

Часто в системах управления выпрямителями сочетают принципы одноканального и многоканального способов управления. Например, на рис. 4.8 приведена трехканальная система управления для трехфазного мостового выпрямителя.

Каждый канал служит для управления противофазными тиристорами моста. Например, первый канал вырабатывает импульсы управления и , соответственно для управления тиристорами VS1 и VS4 (см. рис. 4.9). Фазосдвигающие устройства ФС1-ФС3 в этой схеме работают с частотой, в 2 раза превышающей частоту сети. Распределители импульсов РИ1-РИ3 осуществляют распределение импульсов, сформированных формирователями ФИ1-ФИ3 по противофазным тиристорам.

Схемы рис. 4.7 и 4.8 могут обеспечить нормальное функционирование трехфазной мостовой схемы выпрямителя, если их формирователи импульсов будут иметь выходные сигналы с длительностью более 60 эл. град.

Рис. 4.8. Трехканальная СИФУ для трехфазного мостового выпрямителя

При управлении короткими импульсами каждый выходной каскад (рис. 4.9) должен иметь два входа, первый из которых предназначен для передачи “своего” импульса, а второй – для “чужого” импульса, сдвинутого на угол 60 эл.град.относительно “своего” импульса (рис.4.4).

Рис. 4.9. Схема формирования сдвоенных импульсов