CC BY
12
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА Том 161 1967
ЭЛЕМЕНТЫ СХЕМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА НА ТИРИСТОРАХ
Б. А. ЛАПИН
(Рекомендовано научным семинаром электромеханического факультета)
Идеальные ключевые свойства и малое время восстановления кремниевых управляемых вентилей обуславливает их широкое применение в технике регулирования и преобразования энергии постоянного тока.
Такие преобразователи часто выполняют как одновентильные с широтным, частотным или релейным управлением и применяются в тяговом электроприводе (рудничные электровозы, электрокары) для регулирования возбуждения электрических машин, как регулируемые источники питания радиоэлектронной аппаратуры Г1] и др.
Основными функциональными элементами одновентильных преобразователей постоянного тока является узел искусственной коммутации и схема управления. В некоторых случаях также ответственную роль играют специальные устройства контроля управляемости преобразователя и аварийного быстродействующего выключения.
Принципы построения перечисленных устройств во многом определяют технико-экономические и регулировочные свойства всего преобразователя в целом.
Ниже описываются некоторые элементы тнристорных преобразователей, разработанных и испытанных в лаборатории каф. ЭПА
тпи.
Узел искусственной коммутации
Узел искусственной коммутации предназначен для периодического выключения силового тиристора преобразователя по анодной цепи прибора. Схема устройства приведена на рис. 1 в составе преобразователя, работающего на индуктивно-активную нагрузку и протигю-э.д.с. Второй вариант схемы приведен на рис. 2.
Работа обоих вариантов происходит в два тахта: а) резонансный перезаряд коммутирующей емкости;, б) коммутация силового вентиля преобразователя.
Резонансный перезаряд емкости возможен при условии, если открыт КУВь и происходит по цепи КУВ{—КУВ2—1к после включении КУВ2.
Процесс коммутации вентиля КУВ{ начинается спустя полпериода собственных колебаний контура С,,, когда ток в резонансном контуре изменит свое направление. При этом КУВ2 закрывается, а коммутирующий импульс на К'УВ\ поступает через Дь
^опр тоноогранич?ния Рис. 1.
См
НУ8*
,-г—>>[ 0 Л
»1-'
НЧВ9
Рис. 2.
В схеме рис. 2 коммутация происходит через вентиль КУВ3, который включается в момент изменения направления тока в контуре Ь кСь по цепочке ЯД.
Особенностью данной схемы коммутации является включение в силовую цепь дросселя, работающего в режиме прерывистого тока. С его помощью периодически, с частотой коммутации, происходит отбор мощности из цели нагрузки в коммутирующее устройство. При этом емкость заряжается до напряжения, превышающего напряжение источника питания:
+ /н V ^
др
Си
Эта функциональная связь между коммутирующим напряжением и отключаемым током значительно увеличивает надежность коммутации и позволяет уменьшить величину Ск.
Методика расчета коммутирующих элементов для данной схемы приведена в [1, 2].
Включение дросселя в цепь прерывистого тока позволит весьма просто решить вопрос измерения тока нагрузки. Для этой цели служит вторичная обмотка дросселя подключенная через диод Дг на фиксирующую цепь Напряжение на ее выходе определяется вы-
ражением
'/и /
¿ДР +
Ск
Здесь к
XV■
— коэффициент трансформации,
Напряжение Ис\ в данной системе используется для целей токо-ограничения. Величина тока отсечки устанавливается подбором стабилитрона Д3 и коэффициента трансформации.
Схема управления
Структура схемы управления преобразователя в значительной степени зависит от принятого способа управления силовым вентилем преобразователя. Рассматриваемая ниже схема (рис. 3) предназначена для широтной модулйции импульсов преобразователя. При этом схема управления выполняет роль широтно-импульсного модулятора 38
(ШИМа), преобразуя управляющее напряжение во временной интервал между двумя импульсными последовательностями.
Принцип действия данного ШИМа (рис. 3) основан на сравнении
управляющего и пилообразного напряжений. Команды на включение вентилей преобразователя вырабатываются в моменты равенства обоих напряжений и при обратном ходе пилы (рис. 4).
По функциональным признакам схему управления можно разбить на следующие элементы: а) задающий генератор; б) источник пилообразного напряжения; в) сравнивающее устройство; г) усилитель-формирователь импульсов; д) блокирующий триггер.
Роль задающего играет блокинг-генератор БГЬ работающий в ' автоколебательном режиме. Его нагрузкой служит входная цепь коммутирующего вентиля КУВ2 (рис. 1,2). Частота БГг зависит от произведения Н^! и регулируется с по- Рис. 4.
6П Цп
6Г2 6Г3
/
Тр. . о
!_|_И
, и упр. ^ 4
Г7
I 1
7 -
мощью Кь Для температурной стабилизации частоты генератора в цепь базы триода 1\ включены сопротивление Яг и кремниевый диод Ди
Пилообразное напряжение формируется с помощью интегрирующей цепочки С2. Разряд накопительной емкости Сг во время обратного хода пилы происходит через диод Д2 при срабатывании 6Г\.
Основным элементом ШИМа является сравнивающее устройство, выполненное на базе балансного компаратора [3].
На один из его входов (диод Д4) поступает пилообразное напряжение, на другой (диод Д5) — управляющее напряжение. В момент равенства обоих напряжений блокинг-генератор компаратора {Б.Гз) срабатывает и запускает ждущий выполняющий функции усили-
теля-формирователя. При использовании данною устройства в замкнутой системе на диод Д$ следует подавать вместо Иуп? сигнал рассогласования. На третий вход компаратора (диод Дб) подается напряжение от узла токоограничения (рис. 1).
Особенностью компаратора является то, что после первого срабатывания он продолжает работать в автоколебательном режиме, пока хронирующая емкость С3 заряжается до амплитуды пилы. Это приводит к тому, что часть следующего периода, пока С3 разряжается через /?4, диод Дк оказывается запертым и сравнивание напряжений невозможно.
Для устранения этого явления после первого срабатывания компаратора производится разряд емкости через диод Дг и левый триод триггера, который переворачивается импульсом-с обмотки й^з-б* Блокировка с источника пилообразного напряжения снимается в конце периода, когда импульсом от БГХ триггер возвращается в исходное положение.
Рассмотренная схема позволяет регулировать длительность импульсов в пределах 0—0,95 и отличается стабильностью работы в широком диапазоне температур.
Устройство контроля управляемости и аварийного выключения
/
При аварийных режимах или при неисправностях в схеме управления преобразователи с искусственной коммутацией могут терять управляемость. При этом все напряжение первичного источника проходит на выход. В некоторых случаях, например, при работе на нагрузку, не терпящую перенапряжений или при трансформаторной связи с нагрузкой это может привести к разрушению силового тиристора или к выходу нагрузки из строя.
Для предупреждения этих последствий необходимо применять специальные контрольные и отключающие устройства, удовлетворяющие следующим требованиям:
1.» Обнаружение срыва коммутации и выключение силояого вентиля преобразователя с запаздыванием не более одного периода.
2. Полная автономность работы, т. е. независимость от схемы управления.
3. Постоянная готовность к действию.
Разработанная с учетом этих требований схема защиты приведена на рис. 5а.
Устройство для контроля управляемости состоит из интегрирующей цепочки Сь диодов Дь.Дг и трансформатора Три
При нормальной работе преобразователя емкость С\ периодиче-
оки заряжается через в течение импульса и разряжается через Д1 в начале паузы (рис. 56).
Постоянная Я\-С] выбирается такой, чтобы при максимальной длине импульса, равной Т, амплитуда напряжения была меньше пробивного напряжения Япр диода Д2.
Рис. 5,
При срыве коммутации пауза между импульсами исчезает. Поэтому напряжение Ис достигает пробивного напряжения и диод Д2 пробивается (момент ¿1). При этом Сь разряжается через первичную обмотку Тр\.
По рис. 56 видно, что запаздывание А/ значительно меньше периода Т.
Для аварийного выключения силового вентиля КУВХ используется резервное коммутирующее устройство, состоящее из КУВ0 и С0 (рис. 5а). Включение КУВ0 происходит при срабатывании Д2 с помощью трансформатора Трх.
Чтобы обеспечить постоянную готовность защиты к действию, емкость С0 перед включением преобразователя заряжается до напряжения £п через контакт Лх, диод Д0 и сопротивление
После включения линейного выключателя С0 подключается к катоду вентиля КУВ0. При работе преобразователя она непрерывно подзаряжается по цепи Л2—Со—До—Яо- Сопротивление должно быть достаточно малым, чтобы КУВ0 оставался во включенном состоянии после срабатывания защиты. Тогда напряжение с его катода, равное ЕП , можно использовать для блокирования схемы управления, чтобы предотвратить повторный запуск КУВь а также для выключения линейного выключателя.
ЛИТЕРАТУРА
1. Отчет по хоздоговорной работе. «Разработка регулируемого преобразователя* постоянного тока»'. Томск, 1965. ✓
2. Схема искусственной 'коммутации с дроссельным зарядом коммутирующей емкости. Известия ТПИ, т. 153.
3. Расчет и проектирование импульсиых устройств на транзисторах. Изд. «Советское радио», под ред. Штерка, 1964.
