Раздел 3. Системы управления и регулирования

Вентильными преобразователями

Системы управления выпрямителями

Система управления в общем случае выполняет следующие функции

• - включение выпрямителя и вывод его на заданный режим;

• - стабилизацию заданного режима (напряжения, тока, мощности, частоты.)

• - регулирование режима в соответствии с заданием;

• - выключение выпрямителя;

• - защиту выпрямителя;

• - контроль работы и при необходимости диагностику неисправностей

Система управления выпрямителями предназначена для формирования управляющих импульсов подобной формы и подачи их на управляющие электроды с требуемым фазовым сдвигом.

Система управления должна обеспечивать гальваническую развязку уровней напряжения низковольтной системы управления от силовой схемы преобразователя с уровнем напряжения, опасным для человека и самой системы управления

Классификационные признаки СУ

• по числу каналов, в которых производится регулирование фаз импульсов управления вентилями: одноканальные и многоканальные системы управления. В одноканальных системах импульсы управления для всех вентилей вырабатываются в одном общем канале, из которого они распределяются по вентилям. В многоканальных системах импульсы управления на каждый вентиль (или их локальную группу) вырабатываются в своем канале;

• по наличию синхронизации импульсов управления с каким-то процессом (например, напряжение питающей сети переменного тока): синхронные и асинхронные системы управления;

• по использованию сигнала обратной связи по выходной переменной преобразователя для целей фазосмещения: программные (разомкнутые) и следящие (замкнутые) системы управления;

• по характеру изменения фазы и импульсов управления вентилями: системы с плавным (непрерывным) изменением фазы и системы с скачкообразным изменением фазы (системы релейного регулирования).

Структурная схема СУ

• Uc UуВХОДНОЕ

• УСТРОЙСТВОФАЗОСДВИГАЮЩЕЕ

• УСТРОЙСТВОВЫХОДНОЕ

• УСТРОЙСТВО

Различают фазосдвигающие устройства горизонтального и вертикального управления

• При горизонтальном управлении формирование управляющего импульса соответствует переходу напряжения питания через нуль, а его фазовый сдвиг обеспечивается изменением фазы напряжения питания.

• Более высокое быстродействие имеют фазосдвигающие устройства вертикального управления

Принцип вертикального управления

 

 

 

Диаграммы напряжений при вертикальном управлении

 

 

 

Вопросы для самопроверки по разделу 3

1. Назовите основные требования, предъявляемые к системам управления и регулирования.

2. По каким признакам классифицируют системы управления?

3. Приведите структурную схему системы управления.

 

Заключение

Прогресс в разработках источников питания внес серьезные изменения в архитектуре и построении кузнечных индукционных нагревателей. Это связано с возможностью сильно уменьшить габариты источников питания, с резко возросшей удельной емкостью электротермических конденсаторов, снижением габаритов и повышением эффективности теплообменников. Управление нагревателем стало цифровым с возможностью реализации управления по модели. Все это привело в начале нашего века к тому, что у ведущих компаний, производящих индукционное оборудование, индукционный нагреватель превратился в набор модулей, с встроенными преобразователями частоты, станциями охлаждения, конденсаторными батареями, индивидуальными контроллерами.

Модульная структура имеет преимущества в технологии индукционного нагрева, такие как гибкость, экономичность, качество нагрева, снижение брака, надежность и т.д.

Требования к источникам питания высокочастотных электротермических установок:

• Эффективное преобразование частоты электрической энергии к виду, необходимому для реализации технологического процесса;

• Эффективное регулирование и стабилизация выходных параметров;

• Универсальность, широкие возможности применения для различных технологических процессов за счет программируемой системы управления и разнообразных схем согласования с технологической нагрузкой.

• Высокий уровень автоматизации, компьютерная СУ, легко интегрирующаяся в современные технологические комплексы;

• Высокие эргономические показатели, низкие требования к квалификации оператора.

• Электромагнитная совместимость с питающей сетью;

• Электромагнитная совместимость по радиопомехам;

• Безопасность для обслуживающего персонала;

• Надежность, высокий уровень защиты от пыли и влаги, ремонтопригодность и удобство обслуживания;

• Высокие технико-экономические показатели: КПД, масса, размеры, занимаемая производственная площадь и расход охлаждающей воды.

ГЛОССАРИЙ (КРАТКИЙ СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ)

 

АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР – устройство, преобразующее постоянный ток в переменный ток заданной частоты, где на стороне переменного тока отсутствуют другие источники электрической энергии

 

ВНЕШНЯЯ ХАРАКТЕРИСТИКА – зависимость среднего значения выпрямленного тока от среднего значения выпрямленного напряжения

ВИХРЕВЫЕ ТОКИ - вихревые индукционные токи, возникающие в массивных проводниках при изменении пронизывающего их магнитного потока.

 

ВЫПРЯМИТЕЛЬ – устройство, преобразующее переменный ток в постоянный ток

ИНВЕРТИРОВАНИЕ – процесс обратный выпрямлению, т.е. преобразование постоянного тока в переменный ток

 

ИНВЕРТОР - у стройство для преобразования постоянного тока в переменный ток.

ИНВЕРТОР, ВЕДОМЫЙ СЕТЬЮ -устройство, преобразующее постоянный ток в переменный ток заданной частоты, где на стороне переменного тока существуют другие источники электрической энергии

КОЭФФИЦИЕНТ ПУЛЬСАЦИЙ - отношение амплитудного значения гармоники выпрямленного напряжения в среднему значению выпрямленного напряжения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ – устройства, предназначенные для изменения значения постоянного напряжения. Они служат для питания нагрузки постоянным напряжением U_н, отличающимся по величине от напряжения Е источника питания.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ – устройство, преобразующие переменный ток одной частоты в переменный ток другой частоты.

РЕГУЛИРОВАНИЕ - процесс изменения по заданному закону или поддержание неизменности (стабилизации) какого-либо параметра.

РЕВЕРСИВНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ – устройство, в котором возможно осуществлять как инвертирование, так и выпрямление.

РЕГУЛИРОВОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА – отношение среднего значения выпрямленного напряжения к углу регулирования (α)

СТАБИЛИЗАТОР (РЕГУЛЯТОР) - электронные устройства осуществляющие стабилизацию напряжения в пределах широкого диапазона уровней стабилизации.

УГОЛ КОММУТАЦИИ - интервалы (которые принято обозначать буквой γ) одновременной работы у выпрямителей при учете индуктивностей в анодных ветвях вентилей, когда одновременно пропускают ток два смежных по фазе диода: в одном ток убывает, а в другом нарастает.

ФИЛЬТР – устройство, предназначенное для уменьшения пульсаций в выпрямленного напряжения

ЧИСЛО ПУЛЬСАЦИЙ – это отношение частоты низшей гармоники напряжения в пульсирующем напряжении на стороне постоянного тока преобразователя к частоте напряжения на стороне переменного тока.