Электромагнитный формирователь импульсов

Учитывая то, что входное напряжение электромагнитных СИФУ представляет из себя в чистом виде напряжение сети и является практически синусоидальным, задача формирования формы управляющего импульса представляется весьма актуальной.

Задачей ФИ таких устройств является обеспечение необходимой крутизны переднего фронта. В качестве формирователей обычно применяют два вида устройств,

- пик- трансформаторы представлены на рисунке (27) справа.

-пик- дроссели. представлены на рис (26) слева

 

Пик- трансформатор представляет из себя обычный двухобмоточный трансформатор (напряжения) с сердечником изготовленным из материала с прямоугольной петлей гистерезиса. Особенность таких трансформаторов заключается в том, что при нарастании тока в первичной обмотке сердечник насыщается практически мгновенно, т.е. длительность насыщения составляет доли микросекунд и соответственно изменение магнитного потока происходит в течение малого промежутка времени .

Поэтому выходное напряжение (напряжение вторичной обмотки трансформатора) будет иметь форму прямоугольных импульсов малой продолжительности, то есть кратковременные импульсы.

Принцип действия проиллюстрирован на временных диаграммах рис(27б), рис(27в).

Рис (27б) – входное напряжение (напряжение в первичной обмотке трансформатора), рис.(27в) – выходное напряжение.

Длительность насыщения соответствует ширине импульса рис (27в) т.е. => .

 

пик-дроссель Основным элементом пик-дросселя является пик- дроссель, который представляет из себя индуктивную катушку с сердечником из материала с прямоугольной петлей гистерезиса.

Входное напряжение (напряжение сети) подается на цепь с последовательно соединенными пик-дросселем и резистивным элементом R и соответственно его можно записать

U_вх = U_L+U_R

Выходное напряжение снимается с резистивного элемента

U_вых = U_R

В течение времени, за которое происходит насыщение сердечника пик-дросселя, скорость изменения магнитного потока в сердечнике пик-дросселя будет большой и соответственно в течение этого промежутка времени, индуктивное сопротивление пик-дросселя будет намного больше, чем активное сопротивление резистора

X_L>>R.

При этих условиях выходное напряжение будет практически равно нулю

U_вых=U_R=0

После насыщения сердечника соотношение X_L и R изменяется в противоположную сторону X_L<<R и соответственно выходное напряжение будет равняться входному и при этом будет иметь практически вертикальную форму переднего фронта (рис. 27в).

Если сравнить преимущества и недостатки пик-трансформатора и пик-дросселя, необходимо отметить, что при практически одинаковом качестве выходного импульса (управляющего импульса), пик-дроссель обладает значительно лучшими ценовыми качествами.

 

 

Полупроводниковые СИФУ.

Полупроводниковые СИФУ обладают таким неоспоримым преимуществом по сравнению с электромагнитными СИФУ, как значительно лучшие массогабаритные показатели..

Принцип действия заключается в так называемой синхронизации двух входных сигналов:

1. Управляющий входной сигнал U_у.вх

2. Опорный сигнал (опорное напряжение) U_оп

Структурная схема полупроводниковой синхронной СИФУ изображена на рисунке 28а графического приложения.

Здесь фазосдвигающее устройство состоит из генератора опорного напряжения и нуль органа. Как правило генератор опорного напряжения преобразует синусоидальное напряжение сети в напряжение пилообразной формы. Иногда в качестве опорного напряжения применяется опорное синусоидально-сетевое. В этом случае отпадает необходимость в использовании генератора пилообразного напряжения. НО предназначен для сравнения входного опорного напряжения с входным управляющим напряжением. Входное управляющее напряжение представляет из себя постоянное идеально сглаженное напряжение, которое может изменяться по величине. Рис.20 Управляющее входное напряжение.

Рис.20 Управляющее входное напряжение.

wt

Рис.21 Опорное синусоидальное напряжение.

 

 

Рис.22 Опорное пилообразное напряжение.

В тот момент, когда управляющее входное напряжение равно мгновенному значению опорного напряжения (точка пересечения U_оп(t) и U_увх (t)) на входе нуль- органа появляется сигнал в виде кратковременного импульса. Этот сигнал затем усиливается по амплитуде с помощью усилителя и в заданный момент времени подается на управляющий электрод силового ключа.

Диаграмма мгновенных значений, иллюстрирующая работу такой системы, представлена на рисунках 28б,в (графического приложения).

Момент подачи управляющего импульса соответствует углу управления . Для определения соотношения трех величин угла управления , U_оп и U_увх выберем вариант, когда опорное напряжение представляет из себя синусоидальное напряжение сети U_оп=U_сети, т.е..

Очевидно, равенство u_оп=u_увх будет наступать тогда, когда т.е. когда , т.е. ; отсюда:

Если начальную фазу опорного напряжения сместить на , то тогда с учетом этого будет равняться:

Если это выражение подставить в уравнение регулировочной характеристики управляемого выпрямителя работающего на индуктивную нагрузку, получим:

 

Для обеспечения начальной фазы опорного напряжения, равной используют согласующие трансформаторы специальной конструкции.

Рассмотрим один из вариантов автоматизированной системы УСП-Д, который представлен на рисунке 14 графического приложения.

Схема состоит из управляемого выпрямителя, включающего в себя три силовых ключа Т1,Т2,Т3, и обеспечивающее эквивалентное число фаз m=3 (трехфазный однополупериодный выпрямитель).

Управляемый выпрямитель подключен к трехфазной сети через входной (согласующий) трансформатор. Для сглаживания пульсаций выходного тока используется низкочастотный L-фильтр (дроссель Др.).

В качестве системы управления используется трехканальная электромагнитная система управления в каждую фазу которой включены мостовое ФСУ и пик-дроссель.

Число каналов управления в данном случае равно числу силовых ключей. В общем случае такие системы управления называют многоканальными.

Существуют также одноканальные системы управления, особенностью которых является то, что на n силовых ключей система управления содержит одно ФСУ, от которого сигналы управления передаются на каждый силовой ключ. Однако одноканальные системы являются существенно более сложными, чем многоканальные, хотя и обеспечивают большую точность управления.

Рассмотрим работу системы УСП-Д в двигательном режиме, в режиме пуска и в тормозных режимах.