Реверсивные тиристорные преобразователи с совместным управлением

При совместном управлении импульсы поступают на оба комплекта тиристоров.

Рассмотрим принцип работы на примере 3-х фазного нулевого преобразователя (см. рисунок 3.46).

Рисунок 3.46

На рисунке приняты обозначения: ИУ – инвертирующий усилитель (к = 1)

а) если U_у = 0, то a₁ = a₀₁ , a₂ = a₀₂.

a₁ + a₂ = 180°эл. – совместное согласованное; a₁ + a₂ >180°эл. – совместное несогласованное;

б) если U_у > 0, то a₁ ® ВР (a₁ < a₀₁) , a₂ ® ИР (a₂ > a₀₂);

в) если U_у < 0, то a₁ ® ИР (a₁ > a₀₁) , a₂ ® BР (a₂ < a₀₂).

L₁, L₂ – уравнительные реакторы, которые ограничивают на допустимом уровне уравнительный ток, который протекает всегда в одном направлении от (I) к (II) минуя цепь нагрузки.

Уравнительные реакторы могут быть насыщающиеся и ненасыщающиеся. Первые легче и насыщаются только током нагрузки, вторые – одновременно выполняют роль сглаживающего дросселя, большие габариты.

Рисунок 3.47

Диаграмма уравнительных токов и напряжений представлена на рисунке 3.47, где

a₁ = 60°эл. (ВР),

a₂ = 120°эл. (ИР),

a₁ + a₂ = 180°эл.

Е_d1 = E_d0×cosa₁;

Е_d2 = E_d0×cosa₂ = E_d0×cos(180 - a₁) =

= –E_d0×cosa₁, т.е. ½E_d1½ = ½E_d2½;

е_ур = е₁–е₂ = е_л.

Причина статических уравнительных токов заключается в неравенстве мгновенных ЭДС комплектов. При совместном согласованном управлении (+) и (–) площади одинаковы, поэтому уравнительный ток имеет гранично-непрерывный характер.

При любом согласовании реверсивных комплектов ЭДС первого комплекта не должна превышать по модулю ЭДС второго комплекта, в этом случае в уравнительной ЭДС будет отсутствовать постоянная составляющая и поэтому ограничение уравнительного тока можно обеспечить за счет включения только индуктивных элементов.

i_ур £ 30%I_н.

В каждый момент времени к нагрузке подключен тот или иной комплект (неработающий в данный момент комплект прогружен только I_ур). Если ЭП в двигательном режиме, то к нагрузке подключен выпрямительный комплект, если в тормозном режиме, то инвертирующий комплект (см. рисунок 3.48).

Рисунок 3.48 – Внешние и регулировочные характеристики при совместном несогласованном управлении

Рисунок 3.49 – Внешние и регулировочные характеристики при совместном несогласованном управлении

Снижение массогабаритных показателей уравнительных реакторов и уравнительного тока достигается за счет применения несогласованного совместного управления (a₁ + a₂ > 180°эл.). Но в этом случае уравнительный ток имеет прерывистый характер, т.к. S₍₊₎ < S_(–), внешние характеристики преобразователя, при этом будут иметь зону ПТ, а регулировочная характеристика – неоднозначность (см. рисунок 3.49).

a_{0 (1,2)} = 90⁰эл. (a_min = p–a_max) – совместное согласованное управление;

a_{0 (1,2)} > 90⁰эл. – совместное несогласованное управление.

Особенности динамических режимов реверсивных преобразователей с совместным управлением.

Рисунок 3.50

Из-за неодинаковости перехода в ВР и в ИР в преобразователях с совместным управлением имеет место динамический уравнительный ток (см. рисунок 3.50).

На рисунке при U_у1 a₂ = 120⁰эл., a₁ = 60⁰эл., при U_у2 a₁ = 120⁰эл., a₂ = 60⁰эл. В ИР комплект переходит по синусоиде, а в ВР практически мгновенно. Это вызывает в е_ур нескомпенсированной площади S₍₊₎, которая вызывает бросок тока I_{ур дин} > 2I_{ст др}.

Для уменьшения I_{ур дин} на входе СИФУ (на выходе системы регулирования) ставят фильтр с постоянной времени (5¸7)мс, который сглаживает скачки сигнала управления U_у. В этом случае переход в ВР затягивается, неодинаковость выравнивается и исключается причина, вызывающая I_{ур дин}. Но при этом снижается быстродействие реверсивного преобразователя в целом.

Достоинства:

- при совместном согласованном управлении отсутствует зона ПТ, внешние характеристики линейны и однозначны регулировочные;

- максимальное быстродействие;

- при совместном несогласованном управлении меньшее значение I_ур, меньше габариты уравнительных реакторов.

Недостатки:

- наличие I_ур и уравнительных реакторов в силовой цепи;

- невозможно предельное использование преобразователей по установленной мощности (из-за связи a_min = p–a_max).

Область применения – ЭП с малой и средней мощностью, где требуется быстродействие.

Регуляторы

Регуляторы предназначены для суммирования задающего сигнала и сигналов обратной связи, а также для формирования статических и динамических характеристик замкнутой системы.

Регуляторы строятся на операционных усилителях (ОУ) в интегральном исполнении. ОУ имеет пять основных выводов (см. рисунок 3.51):

- два для входных сигналов;

- один выходной;

- два для подключения к источнику питания.

При работе в линейном режиме DU_вх = U_вх^(–) – U_вх⁽⁺⁾ »0. При напряжении питания ±15В напряжение насыщения U_нас = ±13В (см. рисунок 3.52).

Рисунок 3.51 Рисунок 3.52

.

Пример – пусть К_оу = 26000 (10000 £ К_оу £ 100000)

1мВ – перевод ОУ с одного уровня на другой.

а) б) Рисунок 3.53

Основные схемы включения ОУ

Правила для анализа схем ОУ:

- DU_вх »0 (т.к. К_оу ® ¥);

- по входу ОУ не потребляет ток I_вх = 0 (т.к. большое входное сопротивление R_вх ® ¥).

Инвертирующее включение

а) В соответствии с рисунком 3.53а, напряжение на выходе ОУ

,

Рисунок 3.54

где – на инвертирующем входе.

U_вых = –I_oc ×R_oc (т.к. DU_вх = 0),

где I_oc = I₁ (т.к. R_{вх оу} = ¥); (т.к. DU_вх = 0).

Тогда .

б) Инвертирующий сумматор (рисунок 3.53б)

Во входной цепи два независимых контура и I₁ не влияет на I₂ (см. рисунок 3.54). Выходной сигнал U_вых находится методом суперпозиции.

,

где ; .

Коэффициент передачи по каждому входу разный К₁, К₂ и К₁ = К₂ только при равенстве входных сопротивлений

К₁ = К₂, если R₁ = R₂.

Инвертирующее включение применяется:

- для масштабного преобразования и инверсии сигнала;

- для суммирования сигналов с инверсией.

Неинвертирующее включение

а) Изолирующий повторитель (рисунок 3.55а)

U_вых = Е₁ (DU_вх = 0)

б) Неинвертирующий усилитель (рисунок 3.55б)

U_вых = I_oc×R_oc + I₁×R₁,

где I_oc = I₁ (т.к. R_вх = ¥); I₁ = E₁/R₁ (DU_вх = 0).

U_вых = E₁/R₁×(R_oc + R₁) = E₁×(R_oc/R₁ + 1) = K₍₊₎×E₁,

где К₍₊₎ – коэффициент усиления.

; .

в) неинвертирующий сумматор (рисунок 3.55в)

U_вых = U_вх×(R_oc/R + 1) = {R_oc = R} = 2×U_{вх (+)}.

U_{вх (+)} = ?

Контур К (см. рисунок 3.55в): E₁ – E₂ = I×(R₁ + R₂);

;

при R₁=R₂;

.

Если R = R₁ = R₂ = R_oc , то U_вых = Е₁ + Е₂.

В данном случае источники входных сигналов Е₁, Е₂ действуют друг на друга, чего нет в системах с инвертирующим включением.

б)

а)

Применяются для масштабного преобразования и суммирования сигнала без инверсии.

в) Рисунок 3.55