Элементы системы импульсно-фазового управления

Система импульсно-фазового управления m-фазного тиристорного выпрямителя состоит в общем случае из m-каналов управления и содержит входное, фазосдвигающее, промежуточное и выходное устройства. Наличие всех элементов СФУ не обяза­тельно, функции отдельных элементов могут быть совмещены в одном элементе или выражены неявно.

Входное устройство осуществляет привязку СФУ к сети пере­менного тока, от которой питается силовая схема выпрямления. Простейшим входным устройством является трансформатор. Пер­вичная обмотка входного трансформатора подключается к силовой сети, а со вторичных обмоток на каналы управления снимается синхронизированное с сетью переменное напряжение. Входные на­пряжения, поступающие на каналы управления, сдвинуты отно­сительно друг друга на угол wТ/т. Имеются и другие входные устройства, которые генерируют собственную систему входных на­пряжений, синхронизированную с моментами прохождения сетевого напряжения через нулевые значения. Фазосдвигающее устройство обеспечивает изменение фазы управляющих импульсов относительно напряжения сети. В зави­симости от способа построения фазосдвигающих устройств СФУ разделяют на одноканальные и многоканальные.

При одноканальном способе управления для всех каналов уп­равления имеется одно фазосдвигающее устройство. С его выхода управляющие сигналы распределяются на промежуточные и вы­ходные элементы каждого канала через различные коммутаторы. Одноканальные схемы, как сложные и недостаточно надежные, в сварочных выпрямителях применения не нашли. При многоканальном способе управления сдвиг импульсов в каждом канале осуществляется отдельным фазосдвигающим уст­ройством.

Однако наиболее простыми, надежными и экономичными яв­ляются СФУ, в которых одно фазосдвигающее устройство исполь­зуется в канале, предназначенном для управления двумя противо­фазными тиристорами.

В зависимости от типа элементов, на которых построены фазосдвигающие устройства, их разделяют на схемы с магнитными усилителями, транзисторные схемы «вертикального» управления и другие.

Схемы фазосдвигающих устройств, основанные на использова­нии магнитных усилителей с самонасыщением, нашли ограничен­ное применение в сварочных выпрямителях. Основные недостатки схем с магнитными усилителями обусловлены низкой симметрией управляющих импульсов, связанной с неидентичностью магнитных характеристик сердечников, и ограниченным быстродействием.

Транзисторные схемы «вертикального» управления практиче­ски безынерционны. Принцип «вертикального» управления заклю­чается в сравнении на нелинейном элементе—узле сравнения— переменного напряжения, поступающего с входного устройства, с некоторым постоянным напряжением. В качестве нелинейного элемента обычно используется эмиттерный переход транзистора. Формирование управляющих импульсов происходит в момент ра­венства сравниваемых напряжений.

В качестве переменного напряжения может быть использовано синусоидальное напряжение, поступающее с входного трансфор­матора, или пилообразное напряжение, поступающее со специаль­ного генератора. Регулирование фазы импульсов может произво­диться как путем изменения значения постоянного напряжения, так и путем изменения скорости нарастания на генераторе пило­образных напряжений.

Промежуточное устройство осуществляет предварительное уси­ление сигналов, поступающих с фазосдвигающего устройства. На­иболее часто в качестве промежуточного устройства используются транзисторные усилители, работающие в ключевом режиме.

Транзисторный усилитель обычно является одновременно узлом сравнения фазосдвигающего устройства: на вход усилителя по­ступает разность постоянного и переменного напряжений.

Поскольку скорость нарастания переменного напряжения на входах усилителей ограниченна и имеется разброс в порогах их срабатывания, существует некоторый разброс в моментах сраба­тывания усилителей, приводящий к временной асимметрии управ­ляющих импульсов.

Для снижения асимметрии управляющих импульсов целесооб­разно повышать коэффициент усиления транзисторного усилителя и снижать собственное время его переключения. Поэтому в проме­жуточных устройствах обычно используются усилители с положи­тельной обратной связью или блокинг-генераторы, последние из-за низкой помехоустойчивости широкого применения в сварочных выпрямителях не получили.

Выходное устройство окончательно формирует импульсы управления и передает их на управляющие электроды силовых тиристоров.

Ввиду того что в сварочных выпрямителях катоды силовых ти­ристоров обычно находятся под разными потенциалами, для пода­чи импульсов на управляющие электроды силовых тиристоров обы­чно используются изолирующие импульсные трансформаторы. Применение таких трансформаторов затрудняет передачу широких импульсов, приводит к снижению крутизны передних фронтов импульсов, требует защиты полупроводниковых элементов канала от перенапряжений, возникающих при свободном спадании маг­нитного потока, накопленного в разделительном трансформаторе во время импульса.

Следует отметить, что импульсные трансформаторы передают на управляющие электроды тиристоров однополярные импульсы. При этом импульсные трансформаторы работают на частном не­симметричном гистерезисном цикле, в диапазоне индукций от оста­точной В, до насыщения Bs. Поэтому в качестве материала для магнитопроводов импульсных трансформаторов может быть реко­мендована холоднокатаная электротехническая сталь, обладающая высокой магнитной проницаемостью и большим рабочим диапазо­ном индукций Дб == Bs—Вт.

В силовых схемах выпрямления, где катоды всех тиристоров объединены (например, шестифазная схема с уравнительным дрос­селем) имеется возможность подачи импульсов на управляющие электроды без импульсных трансформаторов. Такие устройства сво­бодны от отмеченных ранее недостатков.

Выходное устройство обычно содержит токоограничавающий элемент — резистор или конденсатор, зашунтированный разрядным резистором. Параметры этого элемента выбираются в строгом со­ответствии с диаграммой управления тиристоров данного типа.

Часто выходные устройства снабжаются дополнительными ис­точниками питания, позволяющими усилить импульсы управления и увеличить их длительность. Обычно такие источники питания выполняют одновременно и функции коммутаторов, распределяю­щих импульсы на два противофазных силовых тиристора.

В качестве ключа, определяющего фазу управляющих импуль­сов, в таких источниках используются транзисторы или маломощ­ные тиристоры, управление которыми производится с промежуточного устройства.

Управляющие импульсы в выходных устройствах с дополни­тельными источниками обычно имеют форму отрезков полуволны