МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению индивидуальной расчетно-графической работы
по курсу «Энергетическая электроника»
Общие указания по выполнению расчетно-графических работ
Перед выполнением работ студент должен, прежде всего,ознакомиться с методическими указаниями и выучить необходимый теоретическийматериал в рекомендуемых литературных источниках. расчетно-графическую работу выполняют в соответствии сданными указаниями.
Если при выполнении расчетно-графической работы у студентавозникают затруднения, он может обратиться в университет за консультацией.
Вариант выполняемой расчетно-графической работы студентопределяет по последним цифрам шифра зачетной книжки.
расчетно-графическуюработу студент должен выполнять в отдельной тетради или на формате А4, наобложке тетради или титульном листе должны быть указаны фамилия, имя и отчествостудента, курс, группа, наименование учебной дисциплины, номер учебного шифрастудента.
В работе на каждой странице должно быть оставлено свободноеполе шириной около 4 см, на котором преподаватель, проверяющийрасчетно-графическую работу, в случае необходимости, записывает своирекомендации или замечания.
Пояснительный текст, формулы и расчеты в работе должны бытьнаписаны разборчиво, желательно черной пастой. Схемы и графики следуетвыполнять простым карандашом. Условные графические обозначения элементов схемдолжны соответствовать ГОСТам.
Сложные графические зависимости следует выполнять намиллиметровой бумаге, соблюдая требования ГОСТов. Буквенные обозначения инаименования каждой величины должны быть представлены в единицах СИ.
Вычисление каждого параметра необходимо начинать с указанияиспользованного учебного или другого пособия и производить в следующем порядке:
записать формулу, по которой вычисляют величины параметра;
привести значения каждого условного обозначения;
подставить в формулу числовые значения и вычислить величины;
результат вычислений записать в единицах СИ.
Ответы на теоретические вопросы следует формулировать краткои ясно, указывая источники, которые использованы при подготовке.
В конце расчетно-графической работы необходимо привестисписок использованных источников.
В случае невыполнения требований данных методическихуказаний представленная на рецензию расчетно-графическая работа не будетзачтена.
Задача 1
Рассчитать параметры преобразовательного трансформатора (ПТ)и вентильного комплекта (ВК) неуправляемого выпрямителя (НВ). По рассчитаннымпараметрам выбрать тип вентиля. Изобразить схему выпрямителя и временныедиаграммы токов и напряжений, считая, что выпрямленный ток идеально сглажен. исходные данные для расчета НВприведены в таблице 1. приниматьпри расчете НВ величину напряжения короткого замыкания ПТ Uкз= 8% и пренебрегать активными сопротивлениями в цепях выпрямителя. Частотапитающей сети fc = 50 Гц.
Определить: />; />; />; />; />; />; />; />; />.
Изобразить: />; />; />; />; />; Uвен(t).
Задача 2.
Изобразить схему реверсивного преобразователя по данным табл.2,выбрав группу (перекрестную или встречно-параллельную) преобразователя и способуправления реверсивными вентильными группами. Вычислить для значения IdH и углов управления α, заданных в табл.2,следующие параметры:
углы коммутации γ,
коэффициенты пульсаций по первой гармонике Kn(1),
коэффициент мощности Км.
считая, чтовыпрямленный ток идеально сглажен, для α=0 и трех заданных значений углауправления α построить внешние характеристики, а также для α1построить временные зависимости U2 (t), Ud (t),ia (t), Uвен(t). Для инверторного режима построить ограничительнуюхарактеристику, принимая d=wtв. выбратьтип вентиля, рассчитавнеобходимые для этого параметры. Частота питающей сети fc = 50 Гц. Пояснить особенностиработы преобразователя при использовании выбранного способа управления.
Задача 3.
Выбрать тип и определить параметры сглаживающего фильтравыпрямителя. Изобразить схему выпрямителя и сглаживающего фильтра. Исходныеданные для расчета приведены в табл.3. Нагрузка носит импульсный характер. Частотапитающей сети fc = 50 Гц.
Вопрос 1. Перечислить требования к системамуправления преобразователя, ведомыми сетью. Охарактеризовать синхронные иасинхронные системы управления.
Изобразить структурную схему синхронной (вариант 1¸5 (предпоследняя цифра № зачетнойкнижки)) или асинхронной (вариант 6¸0(предпоследняя цифра № зачетной книжки)) системы импульсно-фазового управления(СИФУ).
Описать работу СИФУ с горизонтальным способом регулированияугла управления (варианты 1, 2, 6, 8, 0 (последняя цифра № зачетной книжки),или с вертикальным способом регулирования угла управления (варианты 3, 4, 5, 7,9 (последняя цифра № зачетной книжки). Описать назначение каждого блока системыуправления и принцип СИФУ работы в целом.
Вопрос 2. Перечислить основные параметры,характеризующие стабилизатор напряжения. Перечислить дестабилизирующие факторы,воздействующие на напряжение питания электронных устройств.
Начертить схему силовых цепей компенсационного стабилизаторанапряжения заданного типа и описать его работу (вариант — последняя цифра №зачетной книжки):
(варианты 1-2) — последовательного типа с линейнымрегулированием;
(варианты 3-4) — параллельного типа с линейнымрегулированием;
(варианты 5-6) — понижающего типа с импульсным регулированием;
(варианты 7-8) — повышающего типа с импульснымрегулированием;
(варианты 9-0) — инвертирующего типа с импульснымрегулированием;
Привести достоинства, недостатки и области применениязаданного типа стабилизатора напряжения.
основная Литература
1 Руденко В.С. та ін. Промислова електроніка: Підручник/ В.С. Руденко, В.Я. Ромашко, В. В Трифонюк. -К.: Либідь, 1993. — 432с.
2 Забродин Ю.С. Промышленная электроника. — М.: Высш. шк.,1982. — 496с.
3 Чиженко И.М., Руденко В.С., Сенько В.И. Основыпреобразовательной техники. — М.: Высшая школа, 1981. — 423 с.
4 Источники электропитания РЭА. справочник. Под ред.Г.С. Найвельт.к Б. Мазель.Ч.И. Хусаинов М.:- Радио и связь 1985.
Методическиеуказания
1 При выполнении задачи1 для определение действующего фазного напряжения U2 сетевой обмотки преобразовательноготрансформатора следует воспользоваться уравнением внешней характеристикивыпрямителя в относительных единицах [3]:
/> (1)
гдеU*dH — среднее выпрямленное напряжение выпрямителя при нагрузке,отнесённое к среднему выпрямленному напряжению Ud0неуправляемого выпрямителя при холостом ходе, U*d = Ud/Ud0;
I*d — средний выпрямленный ток выпрямителя, отнесённое к среднему выпрямленномутоку IdН неуправляемого выпрямителя при номинальной нагрузке I*d = Id /IdН,
Id — средний выпрямленный ток выпрямителя;
IdH — номинальныйсредневыпрямленный ток выпрямителя.
a — угол управленияуправляемого выпрямителя;
В — коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя:
для мостовой схемы выпрямителя в=0,7;
для двухфазной однотактной схемы В=0,35;
для трёхфазной однотактной схемы В=0,87;
для трёхфазной мостовой В=0,5;
Uk% -напряжение опытакороткого замыкания преобразовательного трансформатора в процентах отноминального напряжения:
/>
Здесь Хт — индуктивное сопротивление обмотоктрансформатора, приведённое к числу витков первичной обмотки;
I1H и U1H — номинальный ток и напряжение первичной обмоткипреобразовательного трансформатора соответственно;
Для неуправляемого выпрямителя при номинальном токе нагрузки IdH выражение (1) принимает следующий вид:
/> (2)
По вычисленному значению U*dH и заданной величине UdH определяется /> и далееноминальное действующее фазовое напряжение U2H схемной обмоткитрансформатора. Так, для однофазного мостового и двухфазного однотактноговыпрямителей />для трёхфазнойоднотактной />для трёхфазногомостового соединения схемной обмотки трансформатора в “звезду" /> при соединении схемной обмоткив “треугольник” />
Действующий ток вторичной обмотки выпрямительноготрансформатора, поскольку выпрямительный ток идеально сглажен, с достаточнойдля инженерных расчётов точностью можно определить для однотактных схем выпрямления повыражению />
где m2 — число фазсхемной обмотки трансформатора.
В однофазной мостовой схеме выпрямления I2 = idH, в трёхфазной мостовой линейный токсхемной обмотки для соединения Y/Y /> длясоединения /> в мостовых схемахвыпрямления действующий линейный ток сетевой обмотки выпрямительного трансформатораопределяется по выражению /> где KT — коэффициент трансформации трансформатора. /> для Y/Y />или /> U1л — действующее линейное напряжениесетевой обмотки трансформатора; U2л — действующеелинейное напряжение схемной обмотки трансформатора.
Действующий ток сетевой обмотки преобразовательноготрансформатора двухфазного однотактного выпрямителя находят по выражению />, трехфазного нулевого — />.
Расчёт мощности сетевой S1 и схемной S2обмоток выпрямительного трансформатора вычисляют по формуле S =m UI
где m — число фаз обмотки;
U — действующеенапряжение фазы обмотки;
I — действующийток фазы обмотки;
типовуюмощность ST трансформатора по выражению ST= (S1+S2) /2.
Коэффициент использования преобразовательного трансформатораопределяют по формуле /> где Pd =Ud0Idн.
Углы коммутации gтока в выпрямителях при U2=U2HOM вычисляют из следующих уравнений:
для двухфазной однотактной схемы
/> (3)
для однофазной мостовой схемы
/> (4)
для трёхфазной однотактной и для трёхфазной мостовой схем
/> (5)
где XT — индуктивное сопротивление обмоток преобразовательноготрансформатора, приведённое к числу витков схемной обмотки,
/>;
U2ни I2н — номинальные фазные действующиенапряжение и ток схемной обмотки трансформатора (соединённой в “звезду”);
Примечание: в формулах 3, 4, 5 для режимавыпрямления (aa>90о)— знак “-” перед дробью в правойчасти уравнения.
Коэффициент Кммощности выпрямителявычисляют по выражению />
где Кн — коэффициент искажения формы кривойпотребляемого из сети переменного тока (коэффициент не синусоидальности);
/> - коэффициентсдвига первой гармоники тока.
При индуктивности Ldнагрузки, стремящейся к бесконечности коэффициент несинусоидальности:
для однофазного мостового и двухфазного однотактноговыпрямителей /> для трёхфазногомостового /> для трёхфазной нулевой />
Угол j сдвига первойгармоники при Ld®¥ равен j=a+g/ 2
Средний ток вентиля в однофазной мостовой и двухфазнойоднотактной схемах равен /> втрёхфазной мостовой нулевой схемах />
Выбор вентиля по току должен быть произведён по следующейметодике. В нормальном режиме работы выпрямителя максимальное обратноенапряжение Uобр на вентиле без учетакоммутационных перенапряжений составит: /> дляоднофазного мостового выпрямителя; />длядвухфазного однотактного выпрямителя; /> длятрёхфазных выпрямителей.
Выбор вентиля для рассчитываемого выпрямителя необходимопроизводить по допустимому повторяющемуся напряжению с учётом коммутационныхперенапряжений и возможных колебаний напряжения питающей сети. Полагая, чтокоммутационные перенапряжения составят не более 20-30% от амплитудноголинейного напряжения /> схемной обмоткипреобразовательного трансформатора, а колебания напряжения питающей сети непревысят +10%, выбор вентилей по напряжению следует производить по величинеповторяющегося напряжения (1,3¸1,4)U2лm.
По допустимому прямому среднему току выбор вентилей следуетпроизводить с учетом требуемого запаса, то есть рассчитанное значение не должнопревышать 0,7¸0,8 допустимого />.
При выполнении задачи2 выбор встречно-параллельной или перекрёстной схемыреверсивного преобразователя определяется числом комплектов вторичных обмотокпреобразовательного трансформатора, поскольку схема соединения обмотоктрансформатора задана.
Для одного комплекта вторичных обмоток реверсивныйпреобразователь может быть выполнен только по встречно-параллельной схеме. Длядвух комплектов вторичных обмоток преобразовательного трансформаторареверсивный преобразователь выполняют по перекрёстной схеме.
При совместном согласованном управлении реверсивнымивентильными группами преобразователя должна быть предусмотрена установкаразделительных дросселей (уравнительных реакторов).
При раздельном управлении реверсными вентильными группамиреверсного преобразователя установка уравнительных реакторов не требуется.
Расчеты при выполнении задания 2 выполняются сиспользованием формул, приведенных выше для задачи 1. Действующее фазное напряжение U2схемной обмотки трансформатора следует определять из выражения (1), принимая /> и />.
Угол коммутации, в зависимости от схемы преобразователя,вычисляют по выражениям (3) — (5).
Коэффициент Кп (q) пульсациивыпрямленного напряжения для q — й гармоникиможно вычислить по выражению:
/> (6)
гдеР — пульсность схемы преобразователя (числопульсаций выпрямленного напряжения за период сети).
Входная характеристика ведомого инвертора должна бытьпостроена (и предпочтительно строить) в относительных единицах.
Ограничительную характеристику ведомого инвертора следуетстроить, используя следующее аналитическое выражение:
/>
или, в относительных единицах,
/>
где w — круговая частота сети переменного тока. w=2p f (1/сек);
tв — паспортное время выключения выбранного типатиристора.
Ограничительную характеристику ведомого инвертора следуетстроить на семействе внешних характеристик реверсивного преобразователя вобласти его работы в инверторном режиме.
выборсглаживающего фильтра выпрямителя необходимо производить, учитывая мощностьвыпрямителя, а также характер и сопротивление нагрузки.
В мощных выпрямителях, когда PdH = UdHIdHпорядка нескольких киловатт и больше, необходимо использовать индуктивныйфильтр. Индуктивность фильтра определяется по выражению [1].
/> (7)
где Rd-активное сопротивление нагрузки выпрямителя (в мощныхвыпрямителях величина Rd составляетдоли ома);
Kп (1) — коэффициентпульсации выпрямленного напряжения на выходе фильтра по первой гармонике.
В выпрямителях малой мощности (на токи до 1 ÷ 1,5ампер) следует использовать простейшие ёмкостные фильтры.
Для двухполупериодных выпрямителей величина ёмкостисглаживающего конденсатора может быть вычислена по выражению
/> (8)
В выпрямителях при токах нагрузки более 1А целесообразноприменять
Г — образный индуктивно-ёмкостной LC — фильтр.
Величина индуктивности /> -фильтра определяют из условия обеспечения непрерывности тока в ней [1]. Тогда
/> (9)
где /> или а= (рω) ¤Кп(1) вх,
Величина ёмкости /> - фильтранаходится после выбора дросселя из зависимости [2]
/> (10)
где Кф — коэффициент фильтрации фильтра.
В тех случаях, когда сопротивление нагрузки выпрямителясоставляет несколько тысяч Ом, следует использовать Г — образныйактивно-ёмкостной фильтр (RC) [1].
Величину активного сопротивления r фильтра обычноберут равной />, а величину С — фильтранаходят из выражения
/>. (11)
Если нагрузка носит импульсный характер, емкостьвыходного конденсатора выбирать такой, чтобы обеспечить требуемые параметрытока нагрузки. Если задано допустимое искажение импульса тока, выраженное вдопустимом уменьшении тока нагрузки за время действия импульса
/>, то />. (12)
При использовании в качестве единиц измерения в формулахвремени в секундах, тока — в амперах, напряжения — в вольтах, емкостьконденсатора будет вычислена в фарадах.
Выбор унифицированных элементов схем (вентилей,конденсаторов, дросселей) необходимо производить по профессиональной справочнойлитературе.
Вопросы самопроверки по курсу “Энергетическая электроника"
1. Роль и назначение вентильных преобразователейэлектроэнергии.
2. Выпрямление и инвертирование электроэнергии. Назначение иобласти применения выпрямителей и инверторов.
3. Коммутация вентилей естественная и принудительная. Примеры
4. Характеристики неуправляемых вентилей.
5. Характеристики управляемых вентилей.
6. Выравнивание токов вентилей и напряжения на вентилях.
7. Перенапряжения на вентилях. Причины возникновения испособы защиты от них.
8. Инверторы, ведомые сетью и автономные инверторы. Отличительныепризнаки. Области применения.
9. Принудительная коммутация тиристоров. Основные принципы исхемы.
10. Однополупериодная схема выпрямителя, работающая наактивную и активно — индуктивную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
11. Двухполупериодная схема управляемого выпрямителя снулевой точкой (двухфазная нулевая), работающая на активную нагрузку. Работа,характеристики и расчет.
12. Двухполупериодная схема управляемого выпрямителя снулевой точкой (двухфазная нулевая), работающая на активно — индуктивнуюнагрузку. Работа, характеристики и расчет.
13. Двухполупериодная схема выпрямителя с нулевой точкой (двухфазнаянулевая), работающая на емкостную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
14. Двухполупериодная схема управляемого выпрямителя снулевой точкой (двухфазная нулевая), работающая на двигатель постоянного тока. Работа,характеристики и расчет.
15. Мостовая однофазная схема управляемого выпрямителя,работающая на активную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
16. Мостовая однофазная схема управляемого выпрямителя,работающая на активно — индуктивную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
17. Мостовая однофазная схема выпрямителя, работающая наемкостную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
18. Мостовая однофазная схема управляемого выпрямителя,работающая на двигатель постоянного тока. Работа, характеристики и расчет.
19 Несимметричные схемы умножения напряжения. Работа,характеристики и расчет.
20 Симметричные схемы умножения напряжения. Работа,характеристики и расчет.
21. Трехфазная схема управляемого выпрямителя с нулевойточкой, работающая на активную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
22. Трехфазная схема управляемого выпрямителя с нулевойточкой, работающая на активно — индуктивную нагрузку. Работа, характеристики ирасчет.
23. Шестифазная схема управляемого выпрямителя суравнительным реактором, работающая на активно — индуктивную нагрузку. Работа,характеристики и расчет.
24. Трехфазная мостовая схема управляемого выпрямителя,работающая на активную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
25. Трехфазная мостовая схема управляемого выпрямителя,работающая на активно — индуктивную нагрузку. Работа, характеристики и расчет.
26. Трехфазная мостовая схема управляемого выпрямителя,работающая на двигатель постоянного тока. Работа, характеристики и расчет.
27. Инверторы, ведомые сетью. Области применения. Работа,характеристики и расчет.
28. Коммутационные процессы в мощных преобразователях,вызванные индуктивностью трансформатора. Влияние на характеристикипреобразователей.
29. Сложные схемы выпрямителей. Назначение, областиприменения и принципы построения.
30. Реверсивные выпрямители. Работа, характеристики и расчет.
31. Непосредственные преобразователи частоты. Работа ихарактеристики
32. Стабилизаторы напряжения и тока. Классификация и общиехарактеристики.
33. Параметрические стабилизаторы напряжения и тока. Общиехарактеристики и методы расчета.
34. Стабилизаторы компенсационные. Принципы построения иосновные структурные схемы. Общие характеристики
35. Компенсационные стабилизаторы последовательного типа. Регулирующиеэлементы СН. Работа, характеристики и расчет.
36. Компенсационные стабилизаторы параллельного типа. Схемысравнения и усиления СН. Работа, характеристики и расчет.
37. Компенсационные стабилизаторы последовательного типа винтегральном исполнении. Достоинства и недостатки, пути повышения нагрузочнойспособности СН.
38. Импульсные стабилизаторы. Основные характеристики.
39. Стабилизаторы тока. Работа, характеристики и расчет.
40. Сглаживающие фильтры. Работа, основные характеристики исхемы, расчет.
41. Порядок расчета маломощного выпрямителя с емкостнойреакцией фильтра.
42. Порядок расчета маломощного выпрямителя с индуктивнойреакцией фильтра.
43. Активные сглаживающие фильтры. Работа, характеристики ирасчет.
44. Автономные инверторы. Назначение и принципы построения.
45. Импульсные регуляторы постоянного тока. Широтно-импульсныеи частотно-импульсные способы регулирования.
46. Системы управления тиристорными преобразователями. Горизонтальныйспособ управления. Формирователи импульсов.
47. Системы управления тиристорными преобразователями. Вертикальныйспособ управления.
48. Системы управления тиристорными преобразователями. Цифровойспособ управления.
Литература
1. Руденко В.С. та ін.Промислова електроніка: Підручник / В.С. Руденко, В.Я. Ромашко, В. В Трифонюк. -К.:Либідь, 1993. — 432с.
2. Руденко В.С., Сенько В.И., ЧиженкоИ.М. Преобразовательная техника. — К.: Вища шк., 1983. — 431с.
3. Забродин Ю.С. Промышленнаяэлектроника. — М.: Высш. шк., 1982. — 496с.
4. Полупроводниковые выпрямители /Под ред. Ф.И. Ковалева и Г.П. Мостковой. — М.: Энергия, 1978. — 448с.
Приложения
Приложение 1
Система управления преобразователями, ведомым сетью.
[Руденко В.С., Сенько В.И., Чиженко И.М. Преобразовательнаятехника. — К.: Вища шк., 1983.]
Система управления преобразовательным устройством, ведомымсетью, предназначена для формирования импульсов управления определенной формы идлительности, распределения их по фазам и изменения момента подачи их науправляющие электроды тиристоров.
Так как после отпирания тиристора цепь управления неоказывает влияния на его состояние и он запирается только тогда, когда егоанодный ток становится меньше тока удержания, для управления тиристоромдостаточны короткие импульсы.
Требования, предъявляемые к системам управленияполупроводникового преобразователя, определяются типом вентиля, примененного впреобразователе, режимом работы преобразователя (выпрямительный, инверторный,реверсивный, нереверсивный) и видом нагрузки, на которую работаетпреобразователь.
Системы управления, в которых управляющий сигнал имеет формуимпульса, а фаза этого импульса может регулироваться, называютсяимпульсно-фазовыми (СИФУ). Системы управления могут быть синхронными иасинхронными
Основные требования к системам управления:
1. Достаточная для надежного открывания вентиля амплитуданапряжения и тока управляющего импульса.
2. Высокая крутизна фронта управляющих импульсов.
3. Диапазон регулирования. Определяется типомпреобразователя, режимом его работы и характером нагрузки.
4. Симметрия управляющих импульсов по фазам. асимметрия обычно не должна превышать1,5...2,5°.
5. Длительность импульса управления должна быть такой, чтобыза время его действия анодный ток тиристора достиг тока удержания.
6. Быстродействие СИФУ не должно влиять на динамикупреобразователя
/>Асинхронные системы импульсно-фазового управления
В асинхронных системах управления связь во времениуправляющих импульсов с соответствующими точками напряжения питающей сетииграет вспомогательную роль, например, служит для ограничения минимальных имаксимальных значений углов управления α. Сами же управляющие импульсыполучают без синхронизации напряжением сети переменного тока.
Требуемый угол α управления таристорами в асинхронныхсистемах создается как результат регулирования интервалов между импульсами (частотыих следования) в замкнутой системе с преобразователем или его нагрузкой.
Принцип построения асинхронной системы управления длятрехфазного мостового управляемого выпрямителя иллюстрирует функциональная схема.
Необходимые для этой схемы шесть выходных каналовуправляющих импульсов с фазовым сдвигом между ними в соседних каналах в 60ополучают от распределителя импульсов РИ, запускаемого от ведущего генератора ВГрегулируемой частоты. Изменение частоты ВГ осуществляется напряжениемрегулятора Рf под действием напряжения уставки инапряжения датчика Д регулируемого параметра (напряжения или токапреобразователя, частоты вращения якоря двигателя и т.д.). Сигналом датчика всхеме создается параметру.
Благодаря наличию отрицательной обратной связи в схемеавтоматически создаются углы управления α обеспечивающие в соответствии суставкой требуемые значения регулируемого параметра преобразователя или егонагрузки.
Асинхронные системы управления преобразователями применяютпри существенных искажениях напряжения питающей сети, в частности призначительной несимметрии трехфазных напряжений по величине и фазе. Использованиев таких условиях синхронной системы невозможно ввиду получающейся недопустимойасимметрии в углах α по каналам управления тиристорами. Наиболеераспространены асинхронные СУ в преобразователях, потребляющих мощность,соизмеримую с мощностью питающей сети.
Синхронные системы импульсно-фазового управления
При синхронном способе импульсно-фазового управления отсчетугла подачи импульса управления производится от определенной фазы напряжениясети, питающей преобразователь:
/>,
где /> - угол подачиi-го импульса управления;
/> - регулируемыйугол задержки;
/> - угол началаотсчета угла задержки по отношению к напряжению сети.
Синхронный способ управления в настоящее время являетсяобщепринятым и наиболее распространенным. Они могут быть одноканальные имногоканальные.
В синхронных системах управления момент полученияуправляющего импульса (т.е. угол управления α) отсчитывается от некоторойточки напряжения питающей сети (например, от момента его перехода через нуль). Такаясинхронизация от напряжения питающей сети осуществляется посредством генератораопорного напряжения. Начало отсчета угла α либо совпадает с моментомсинхронизации, либо сдвинуто относительно него на некоторый постоянный фазовыйугол.
Горизонтальный метод управления
При горизонтальном методе управления формированиеуправляющего импульса осуществляется в момент перехода синусоидальногонапряжения через нуль, а изменение его фазы обеспечивается изменением фазысинусоидального напряжения, т.е. смещением его по горизонтали.
На рис.4.1, а приведена структурная схема одногоканала одноканальной системы управления, использующей горизонтальный методуправления. Принцип работы схемы заключается в следующем. Генератор переменногонапряжения ГПН вырабатывает синусоидальное напряжение, находящееся вопределенном фазовом соотношении с анодным напряжением вентиля данного канала(рис.4.1, б). Обычно при m2³3 в качестве переменного напряженияберут напряжение соответствующей фазы сети (для трехфазной мостовой схемысдвинутое на 90° относительно анодного напряжения вентиля). С выхода мостовогофазовращательного устройства МФУ сдвинутое по фазе напряжение поступаетна формирователь импульсов ФИ, где в момент перехода синусоиды черезнуль формируется управляющий импульс, который затем усиливается усилителеммощности ВК. Угол сдвига фаз регулируется изменением напряженияуправления Uу. ГПН и МФУ образуют фазосдвигающееустройство ФСУ.
/>
Рис.4.1
Структурная схема горизонтальной системы управления (а) идиаграмма, поясняющая ее работу (б).
Горизонтальный метод управления не нашел широкогораспространения, так как фазовращатели чувствительны к изменению формы ичастоты подаваемого напряжения, а применение в качестве регулируемого активногосопротивления транзисторов приводит к нарушению симметрии формируемых импульсов.Последний недостаток можно устранить, если применить общее регулируемое сопротивление(транзистор) для всех каналов.
Вертикальный метод управления
При вертикальном методе управления формирование управляющегоимпульса производится в результате сравнения на нелинейном элементе величинпеременного, (синусоидального, пилообразного, треугольного) и постоянногонапряжений. В момент, когда эти напряжения становятся равными и их разностьизменяет знак, происходит формирование импульса. Фазу импульса можнорегулировать за счет изменяя величину постоянного напряжения.
фазосдвигающееустройство при вертикальном методе управления состоит из генератора переменногонапряжения и узла сравнения.
Схема работает следующим образом. Генератор переменногонапряжения (ГПН) запускается при поступлении с синхронизатора (С) напряжения вмомент появления на тиристорах прямого напряжения, т.е. в точках естественнойкоммутации. С выхода ГПН напряжение пилообразной формы поступает наустройство сравнения (УС), где сравнивается с напряжением управления uy.В момент сравнения пилообразного и управляющего напряжений устройство сравнениявырабатывает импульс, который через распределитель импульсов (РИ) поступаетна формирователь импульсов ФИ1 или ФИ2 и дальше через выходныекаскады (ВК1,ВК2) на тиристоры выпрямителя.
Одноканальная система управления может быть выполнена и длятрехфазного выпрямителя. В одноканальных многофазных системах устройствосравнения, входящее в состав ФСУ, работает с частотой в m2раз большей, чем в многоканальных системах, что требует в дальнейшемраспределения импульсов управления по каналам. Генератор линейно-изменяющегосянапряжения (ГЛИН) может быть выполнен или в одноканальном, или вмногоканальном варианте. В рассматриваемой схеме, предназначенной длятрехфазного мостового несимметричного выпрямителя, ГЛИН выполнен водноканальном варианте. Схема работает следующим образом. ГЛИНзапускается в моменты появления на тиристорах прямого напряжения, т.е. в точкахестественной коммутации. Запуск ГЛИН обеспечивается синхронизатором (С).С выхода ГЛИН пилообразное напряжение подается на пороговое устройство (ПУ),которое срабатывает при достижении напряжения пилы значения Uп. Напряжение с выхода порогового устройствачерез дифференцирующую цепь (ДЦ) поступает на схемы совпадения (СС),куда также подается соответствующий импульс синхронизатора. При совпаденииимпульсов с выхода синхронизатора и дифференцирующей цепи выходной каскад ВКвырабатывает импульс управления, поступающий на отпирание тиристорасоответствующей фазы (рис.5.1, б). Сдвиг импульса управления по фазеосуществляется путем изменения наклона пилообразного напряжения ГЛИН спомощью управляемого стабилизатора тока (УСТ). По такому же принципуможет быть построена и схема управления для трехфазного мостового симметричноговыпрямителя.
В связи с тем, что в системе управления, построенной повертикальному методу, формирование импульса происходит в момент сравненияпеременного и постоянного напряжений, всякое искажение формы кривой питающейсети (генератора переменного напряжения) будет приводить к ухудшению работысистемы. Этот недостаток можно устранить, применяя в качестве переменногонапряжение пилообразной или треугольной формы.
Системы управления, построенные по вертикальному методу, внастоящее время находят широкое распространение.
Таблица 1. Исходные данные для расчета выпрямителя. Задача№1 Показатели Варианты (последняя цифра номера зачетной книжки) 1 2 3 4 5 6 7 8 9
/>, В 460 115 60 230 80 48 230 460 115 60
/>, А 200 100 300 100 200 160 300 100 200 200
/>, В 380 220 220 380 380 220 380 380 220 230
Схема
соединения
обмоток Варианты (предпоследняя цифра номера зачетной книжки) 1 2 3 4 5 6 7 8 9
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Таблица 2. Исходные данные для выполнения задачи №2Показатели Варианты (последняя цифра номера зачетной книжки) 1 2 3 4 5 6 7 8 9
UdH, В 230 115 460 660 230 460 230 660 115 230
IdH, А 20 25 15 20 50 45 60 25 45 55
UK,% 8 7 8 7 9 10 8 10 7 8
a1, эл. град. 30 40 20 25 35 25 20 35 30 15
a2, эл. град. 60 65 70 75 55 60 55 70 80 65
a3, эл. град. 120 115 125 140 130 135 145 120 145 115
Схема соединения обмоток Варианты (предпоследняя цифра номера зачетной книжки) 1 2 3 4 5 6 7 8 9
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Таблица 3. Исходные данные для выполнения задачи №3Показатели Варианты (предпоследняя цифра номера зачетной книжки) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Пульсность схемы выпрямителя 6 3 3 2 6 6 2 3 2 2
/> 18 24 36 12 60 15 20 24 15 9
Id. max, А 5 0,4 0,6 2,5 2 1,0 0,8 0,75 0,25 2,5
Id. min, А 0,5 0,1 0,1 0,5 0,5 0,25 0,2 0,25 0,05 0,5 Показатели Варианты (последняя цифра номера зачетной книжки) 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Кп (1),% 0.08 0.05 0.2 0,15 0.09 0.10 0,05 0,1 0,05 0,1
Кии,% 1,5 1,0 2,0 1,5 2,5 1,5 2,0 1,0 2,5 2,0
tи, мс 2 3 1 1,5 2 3 1.5 3 2.5 1