Структурна схема системи управління

Існує дві структури побудови системи управління (СУ) в керованих випрямлячах:

- Одноканальна, де формування сигналів керування відбувається в загальному каналі, а на виході каналу виконується розподіл імпульсів керування по тиристорам. Така структура використовується при великій асиметрії в трифазних системах. Перевагою одноканальної структури є: простота системи управління, недоліком - низька швидкодія і погана якість стабілізації вихідної напруги випрямляча.

- Багатоканальна, в якій всі канали побудовані по одній структурі. Перевагою багатоканальної схеми є: висока швидкодія і якість стабілізації напруги в навантаженні, широкий діапазон регулювання. Не допускається використання даної структури при асиметрії фазних напруг у трифазній системі. Ця схема більш дорога в порівнянні з попередньою.

^ Вимоги до системи управління:

1. 
   Необхідна синхронізація керуючих сигналів з напругою мережі живлення, що легко реалізується введенням додаткової обмотки силового трансформатора у вторинному ланцюзі для харчування СУ (дивіться нижче схему СУ).
2. 
   Забезпечення діапазону регулювання вихідної напруги з урахуванням усіх дестабілізуючих факторів, що забезпечується підбором параметрів пилкоподібної напруги ("розмаху пилки") в системі управління при використанні методу широтно-імпульсної модуляції для стабілізації вихідної напруги.
3. 
   Потужність імпульсів управління повинна відповідати паспортним даним тиристорів для забезпечення гарантованого включення елементів.
4. 
   Повинна забезпечувати гальванічну розв'язку силового ланцюга і СУ. З цією метою використовується синхронізуючий вхідний трансформатор і вихідний імпульсний трансформатор.
5. 
   Повинна виключати вірогідність виникнення режиму наскрізних струмів, обумовленого инерционностью елементів силового ланцюга і системи управління. Для цього підбирається певна тривалість імпульсів запуску.
6. 
   Д
   олжна блокувати подачу керуючих сигналів на тиристор щоб уникнути виникнення аномальних режимів роботи силового ланцюга.
7. 
   Повинна блокувати подачу керуючих сигналів на тиристор щоб уникнути виникнення аномальних режимів роботи силового ланцюга.
8. 
   Повинна виключати перешкоди з боку вхідних ланцюгів під уникнення помилкових включень тиристорів. Це забезпечується введенням протизавадних фільтрів на вході каналів.

На малюнку зображені графічні залежності для напруг СУ.

За рахунок виконання трансформатора з середньою точкою, напруги U ₂₁ та U ₂₂ зрушені по відношенню один одному на 180 градусів. Прямокутні імпульси напруги на виході тактового генератора формуються за допомогою порівняння фазної напруги з еталонним напругою (U _пір), яке значно нижче за рівнем відносно фазної напруги. Синхроімпульси формуються в момент проходження вхідної напруги через нуль. Тривалість синхроімпульса вибирається з урахуванням часу виключення тиристора і мінімального кута регулювання вихідної напруги. За інтервал проходження синхроімпульса конденсатор, встановлений в колі генератора пилкоподібної напруги повинен встигнути розрядитися до мінімального рівня (U _по). По задньому фронту синхроімпульса починається процес заряду кондесатора в ланцюзі генератора пилкоподібної напруги. Постійна ланцюга заряду кондесатора повинно бути більше періоду комутації тиристорних ключів для забезпечення лінійності і високої якості стабілізації напруги на виході випрямляча.

При збільшенні вхідної напруги U ₁ в початковий момент часу через інерційності системи управління відбувається збільшення напруги на виході випрямляча і напруги зворотного зв'язку (знімається з нижнього плеча дільника напруги R _Д2). При порівнянні напруги зворотного зв'язку з пилоподібним напругою в компараторі напруги зменшується площа, відсікає напругою U _ос, що призводить до зменшення тривалості широтно-модульованого сигналу. На виході диференціюючого ланки фіксується початок і кінець ШІМ - сигналу і відбувається зміщення позитивного імпульсу напруги на кут a (більший, ніж у попередньому періоді). Підсилювач потужності формує позитивний імпульс напруги певної потужності, необхідної для гарантованого включення тиристора. Трансформатори Т, Т1 і Т2 забезпечують гальванічну розв'язку по входу і виходу. Сигнали управління на виході системи управління U _{VS 1} і U _{VS 2} приходять з великим фазовим зрушенням по відношенню до точки природної комутації (a = 0), що призводить до зменшення рівня випрямленої напруги, тобто воно відновлюється.

31.Комутація в випрямлячах.

У джерелах живлення тиристор використовується для регулювання (стабілізації) напруги в керованих випрямлячах і стабілізаторах напруги в колі змінного струму. Зміна фази подачі керуючого імпульсу на тиристор по відношенню до точки "природною" комутації (комутація в некерованих випрямлячах) змінює рівень напруги на навантаженні

 

32.Ведені мережею інвертори.

 

Розрізняють два типи інверторів: інвертори, ведені мережею, мережні (залежні інвертори) і автономні (незалежні інвертори). Перші (залежні) віддають енергію з ланцюга постійного струму тільки в мережу змінного струму, яка необхідна інвертору принципово, для комутації струму з одного тиристора на іншій. Частота інвертування рівна частоті мережі. У автономних інверторах енергія з ланцюга постійного струму передається в навантаження змінного струму, що не має інших джерел змінної напруги. Комутація струму тиристорів здійснюється або по ланцюгу управління (керовані ключі), або спеціальним комутуючим пристроєм. Частота інвертування визначається тільки схемою управління.

Також існує класифікація інверторів за формою вихідної напруги. Розрізняють інвертори з квадратичною (square), з трапецієвидною (modifed sine ware) і з синусоїдальною формою (sine ware) вихідної напруги. Для навантаження з магнітними сердечниками (двигуни, трансформатори) модифікація форми напруги приводить до деякої зміни потужності. Для телевізорів, комп'ютерів, ламп розжарювання і нагрівальних приладів вказаний чинник значення не має. Особливий випадок - двигуни асинхронного типу (насоси, холодильники, кондиціонери), що вимагають достатньо високої якості електроживлення.

Інвертор - прилад перетворює постійну напругу в змінну. Потреба в інверторах існує для вирішення завдання живлення пристроїв для побутової мережі 220В 50Гц від джерел постійної напруги, наприклад акумуляторів. З розвитком електроніки це завдання вирішувалося усе більш складними методами, що дають якісніші параметри вихідної електроенергії. Проте на практиці застосовуються як сучасні, так і більш архаїчні прилади, тому розглянемо основних типів інверторів в історичному порядку.

 

33.Автономні інвертори напруги.

Автономні інвертори - це пристрої, що перетворюють постійний струм в змінний з постійною або регульованою частотою.

Основні області практичного застосування автономних інверторів:

- живлення споживачів змінного струму в пристроях, де єдиним джерелом енергії є акумуляторна батарея (наприклад, бортові джерела живлення);

- устаткування гарантованого живлення;

- регульований електропривід змінного струму;

- електротранспорт, що живиться від контактної мережі постійної або змінної напруги, де у якості приводного двигуна бажано мати прості, дешеві і надійні двигуни змінного струму;

- джерела прямого перетворення енергії, в яких виробляється постійний струм відносно низької напруги (термо- і фотоелектричні генератори, паливні елементи, МГД-генератори);

- живлення різних технологічних установок, що використовують нестандартну частоту (електротермія, ультразвукова обробка, електромагнітне змішування і транспортування рідких металів та ін.);

- енергопостачання окремих районів від відведень магістральних ліній електропередач постійного струму.

 

До автономних інверторів пред'являються наступні вимоги:

- забезпечення максимального к.к.д.;

- мінімальна встановлена потужність вузлів і елементів;

- можливість широкого регулювання вихідної напруги;

- забезпечення стабільності вихідної напруги при зміні величини і характеру навантаження, а також вхідної напруги;

- забезпечення синусоїдальної або близької до синусоїдальної форми кривої вихідної напруги;

- можливість регулювання в певних межах вихідної частоти;

- можливість роботи в режимі холостого ходу.

 

Автономні інвертори можна класифікувати по наступних ознаках: по схемі перетворення; по характеру протікання електромагнітних процесів.

Розрізняють наступні основні схеми інверторів:

- одновентильна (рис.1.1, а);

- однофазна з нульовим виводом (рис.1.1, б);

- однофазна з нульовим виводом джерела живлення (рис.1.1, в);

- однофазна мостову (рис.1.1, г);

- трифазна мостову (рис.1.1, д);

- трифазна з нульовим виводом (рис.1.1, е).

 

Залежно від особливостей протікання електромагнітних процесів автономні інвертори поділяються на три основні типи: інвертори напруги (рис.1.2, а); інвертори струму (рис.1.2, в); резонансні інвертори (рис.1.2, д).

Інвертори напруги формують в навантаженні напругу, а форма і фаза струму залежать від характеру навантаження (рис.1.2, б). Джерело живлення інверторів напруги працює в режимі генератора напруги.

Для інверторів струму характерно те, що вони формують в навантаженні

струм, а форма і фаза напруги залежать від параметрів навантаження (рис.1.2, г). Джерело постійного струму працює в режимі генератора струму, для чого у вхідному ланцюзі включається реактор (рис.1.2, а) з великою індуктивністю.

В резонансних інверторах (рис.1.2, д) навантаження, що має, як правило, значну індуктивність , утворює з реактивними елементами схеми коливальний контур з резонансом напруг. Вимикання тиристорів інвертора відбувається завдяки плавному спаду до нуля анодного струму тиристора (струму коливального контуру) на кожному напівперіоді (рис.1.2, е).

Рис.1.1. Схеми інверторів:

а) – одновентильна; б) – однофазна з нульовим виводом; в) – однофазна з нульовим виводом джерела живлення; г) – однофазна мостова; д) – трифазна мостова; е) – трифазна з нульовим виводом.

Інвертори, що живляться від генератора електрорушійної сили, називаються інверторами з відкритим входом, а що живляться від генератора струму - із закритим входом.

Резонансні інвертори мають близьку до синусоїдальної форму напруги і струму в навантаженні, плавне наростання (в більшості схем без зворотніх діодів) і спад струму через вентилі, що забезпечує малі комутаційні втрати енергії.

Рис.1.2. Однофазна мостова схема інвертора струму (а), інвертора напруги (в), резонансного інвертора (д); часові діаграми струму та напруги на виході інвертора струму (б), інвертора напруги (г) та резонансного інвертора (е) при активно-індуктивному навантаженні.

 

 

35.Імпульсне регулювання напруги на тягових двигунах.

Імпульсне регулювання напруги в енергосистемах постійного струму великої потужності здійснюють за допомогою тиристорних регуляторів-стабілізаторів. Ці перетворювачі дозволяють регулювати в широкихмежах напруга живлення тягових електродвигунів. Завдяки високим техніко-економічним показникам тиристорні регулятори-стабілізатори отримують широке поширення в системах електричної тяги на постійному струмі.

PАмная підвіска тяговогодвигуна. При імпульсному регулюванні напруги використовуються керовані полупроводнікйвие вентилі-тиристори.

Імпульси напруги (о, подводимого до тягового двигуна, і струм. На моторних вагонах з імпульсним регулюванням напруги, що дозволяє матипрактично незліченну кількість ходових пускових позицій, вдається уникнути пилкоподібний характер зміни сили тяги F в період пуску і наблизити її до граничної по зчепленню (рис. 164) без збільшення небезпеки виникнення боксованія. У зв'язку з цим реалізуютьсякоефіцієнти тяги F /Pсц при імпульсному регулюванні напруги зазвичай вище.

Схеми включення двигуна з короткозамкнутим ротором з імпульсним регулюванням напруги. | Механічні характеристики двигунів, управляє. илх за схемами, зображеним на Ріе,. Щегіршими енергетичними показниками володіє електропривод з імпульсним регулюванням напруги і імпульсним чергуванням фаз, включений за схемою рис. 4.37 б; механічні характеристики двигуна при цій схемі включення наведені на.ріс. 4.38 б для різнихзначень шпаруватості е включеного стану ключів КВ.

Схема включення двигуна постійного струму незалежного збудження при імпульсному регулюванні напруги показана на рис. 4.18 а. Діод V, що шунтує якір двигуна, створює ланцюг для протікання струму якоряпід дією ЕРС самоіндукції, що виникає в індуктивності обмотки якоря в період розімкненого стану ключа /С. Це створює умови для безперервного протікання струму якоря, що істотно зменшує його пульсації і усуває комутаційні перенапруження на ключіК, і обмотці якоря.

Схема включення двигуна з фазним ротором з нерегульованим резистором в роторної ланцюга і регулюванням напруги на статорі (а і механічні характеристики (б. Найпростіша принципова схема включення асинхронного двигуна зкороткозамкнутим ротором при імпульсному регулюванні напруги наведена на рис. 4.37 а; механічні характеристики двигуна, включеного за цією схемою, для різних значень шпаруватості е включеного стану ключів /(- на рис. 4.38 а. При е 1 двигун працює наприродній характеристиці (ключі К. Про двигун відключений від мережі.

Частоту регулювання збудження /зазвичай прідімают в тих же межах, що і при імпульсному регулюванні напруги. Індуктивність обмотки збудження дуже значна і ток /в має вельминезначні пульсації. Тому умови імпульсного регулювання збудження практично не відрізняються від умов ступінчатого регулювання з точки зору несприятливого впливу на роботу машин. Більш того, плавний перехід з одного значення р на іншеусуває поштовхи струму, властиві ступінчастому регулюванню, полегшуючи роботу двигуна.

На рис. 113 в і г показані два можливих способи штучної комутації тиристорів при імпульсному регулюванні напруги на моторних вагонах постійного струму.

Принципова схема (а і криві напруги (б і в імпульсного. Електричне обладнання електровозів постійного струму складається з струмоприймачів, пускорегулювальної апаратури, тягових двигунів, перетворювальних установок (на електровозах з імпульсним регулюванням напруги постійного струму), апаратів захисту (швидкодіючі вимикачі, реле) і управління (контролер машиніста тощо) і допоміжних машин і устаткування.

Пускова діаграма шестіосного електровоза.

Втрати електричної енергії в реостаті особливо великі на електропоїздах, коли рух відбувається з великим числом зупинок; Ці втрати досягають 15% загальної витрати енергії на тягу. Тож в даний час розроблені системи безреостатного пуску електропоїздів з використанням імпульсного регулювання напруги.

На моторних вагонах з імпульсним регулюванням напруги, що дозволяє мати практично незліченну кількість ходових пускових позицій, вдається уникнути пилкоподібний характер зміни сили тяги F в період пуску і наблизити її до граничної по зчепленню (рис. 164) без збільшення небезпеки виникнення боксованія. У зв'язку з цим реалізуються коефіцієнти тяги F /Pсц при імпульсному регулюванні напруги зазвичай вище.

Структурна схема системи автоматичного регулювання товщини. Система складається з наступних основних елементів: іонний перетворювач ІП, система сіткового управління РСУ, керуюче тригерній пристрій, що задає тригерній пристрій, реверсують тригерній пристрій н магнітний підсилювач МУ. Збудження генератора здійснюється від іонного перетворювача, зібраного по реверсивної схемою, який управляється від напівпровідникових тріодів, що працюють в режимі ключа. Завдяки імпульсному регулюванню напруги генератора і певної комбінації Зворотній зв'язок практично виключається вплив на перехідні процеси в електроприводі постійної часу ланцюга збудження генератора і електромеханічної сталої часу двигуна.

Втрати електроенергії в реостатах на електровозах порівняно невеликі за рідкісних розгонів. На електропоїздах ці втрати значно більше з- за частих зупинок і розгонів і досягають 15% загальної витрати електроенергії на тягу електропоїзди. Тому розроблені і випробовуються системи безреостатного пуску електрояоез-дів з використанням імпульсного регулювання напруги на тягових електродвигунах в допомогою тиристорів.