Управление вентилями включает в себя устройство формирования отпирающих импульсов, устройство сдвига фазы отпирающего импульса относительно анодного напряжения (фазорегулятор), а для ионных вентилей также блок запирающего напряжения.
Назначение указанных устройств состоит в том, чтобы обеспечивать отпирание вентиля в соответствующие моменты времени, изменять момент отпирания вентиля и тем самым регулировать выпрямленное напряжение, предотвращать самопроизвольное включение ионного вентиля до подачи отпирающего импульса.
Указанные устройства, за исключением блока запирающего напряжения, комплектуются обычно в одной панели. Ниже рассматриваются наиболее распространенные схемы систем управления.
Полупроводниковая система управления типа ССУП-4 (разработка ВНИИЭМ) применяется для любых схем выпрямления, любых ионных вентилей и является достаточно надежной системой управления, которая практически вытеснила другие типы систем сеточного управления ионными преобразователями. Вариант этой системы применяется и для тиристорного возбудителя турбогенератора. Блок-схема системы и принципиальная схема представлены на рис. 12 и 13. Система состоит из следующих функционально-конструктивных блоков: блока фильтра БФ, блока синхронизации БСН, блока согласования БСГ, блока питания управления БПУ, блока питания силового БПС и блока ручного управления БРУ.
Рис. 12. Блок-схема системы сеточного управления ССУП-4.
Перечисленные блоки являются общими для системы управления. Кроме того, имеется шесть блоков запирающего напряжения БЗН, шесть блоков силовых БС и блок управления БУ, состоящий из шести панелей управления ПУ, на которых монтируется аппаратура канала управления. Ниже кратко рассматривается назначение отдельных блоков.
Блок фильтра предназначен для улучшения формы кривой напряжения на входе блока синхронизации. На вход БФ через трансформатор СН возбудителя подается напряжение рабочей или форсировочной группы. Форма кривой этого напряжения имеет глубокие провалы и искажения, вызванные коммутацией вентилей. На выходе БФ напряжение имеет форму, близкую к синусоиде.
Рис. 13. Принципиальная схема системы сеточного управления ССУП-4.
Блок содержит три однофазных понижающих трансформатора Tp1—Тр3, дроссели Др1—Др3 и конденсаторы C1—С3, образующие резонансный контур, настроенный на частоту 50 Гц. Три конденсатора C4—С6, соединенные в треугольник, дополнительно фильтруют высшие гармоники (рис. 13).
Напряжение с выхода БФ подается на вход блока БСН, в котором производится дальнейшее понижение напряжения до 7 В и формирование опорного напряжения (рис. 14) для всех шести вентилей (трансформаторы Tp1—Тр3), при этом каналы управления противофазных вентилей питаются от одного трансформатора. В пик-трансформаторах Тр4—Тр6 формируются остроконечные ограничительные импульсы с амплитудой 65 В и более, а их сдвиг на 90° относительно опорного напряжения выполняется при помощи дросселей Др1— ДрЗ. Ограничительный импульс необходим для предотвращения срыва работы системы, когда суммарный управляющий импульс превысит амплитуду опорного напряжения. Опорное напряжение, ограничительные импульсы, а также управляющее напряжение от АРВ и БРУ подаются на вход панели управления (база транзистора Т1).
Рис. 14. Диаграммы токов и напряжений в контрольных точках ССУП-4 (1—13) тиристорной системы управления [СУТ (14-16)].
1 — междуфазное напряжение на входе БФ; 2 — то же на выходе БФ; 3 — напряжение выхода БСН (Тр4); 4 — то же Tpl; 5 — напряжение коллектор — эмиттер транзистора Т; 6—то же транзистора Т2; 7 — ток базы транзистора Т3; 8 — напряжение коллектор — эмиттер транзистора Т3; 9 — напряжение на емкости С4, 10 — напряжение база — эмиттер транзистора Т4; 11 — напряжение коллектор — эмиттер транзистора Т4; 12 — то же транзистора Т; 13 — то же транзистора Т6; 14 — напряжение выхода силового блока; 15 — ток управления тиристора; 16 — напряжение управления тиристора.
В каждом из шести каналов управления ПУ производится формирование и предварительное усиление управляющий импульсов и их фазосмещение. В ССУП-4 используется вертикальный принцип фазосмещения, т. е. отпирающий импульс образуется в момент равенства опорного и управляющего напряжения (рис. 14). При изменении управляющего напряжения изменяется момент, когда uупр = uоп и происходит перемещение управляющего импульса. Сравнение напряжений и предварительное усиление импульса выполнено на транзисторах T1 и Т2. Длительность отпирающего импульса формируется на транзисторах Т3 и Т4, соединенных по схеме ждущего мультивибратора. Регулировка длительности в диапазоне 90—120° выполняется регулировкой резистора R9. Транзистор Т5 предназначен для дальнейшего предварительного усиления импульса. В системах самовозбуждения гашение поля производится АГП, в этом случае отпирающие импульсы с вентилей должны быть сняты. Снятие отпирающих импульсов происходит путем шунтирования входа Т3 диодом Д2. Для этого на анод диода Д2 подается положительное напряжение от блока питания через контакты реле Р1, диод Д3 и резистор R13.
Силовой блок БС1 увеличивает мощность отпирающего импульса и согласовывает выход ПУ с параметрами цепей управления. Выходной трансформатор блока Тр2 гальванически разделяет цепи управления и цепи, связанные с катодом вентиля. Изоляция этого трансформатора рассчитывается на испытательное напряжение катодных цепей.
От блока БЗН в ионных системах на сетку вентиля подается постоянное отрицательное напряжение. В момент подачи отпирающего импульса общее напряжение на сетке вентиля становится положительным и вентиль отпирается.
Блок БСГ предназначен для суммирования управляющих сигналов перед подачей их на блок управления. Управляющими сигналами являются напряжение выхода АРВ, напряжение смещения БПУ и напряжение от БРУ, сумма которых подается затем на резистор Д4. Блок ручного управления предназначен для управления выпрямителем при отключенном АРВ. Он вводится в работу ключом КР.
Питание ПУ осуществляется от блока БПУ, который состоит из четырех выпрямителей, собранных по трехфазной мостовой схеме. Каждый выпрямитель питается от отдельной обмотки трансформатора Тр.
Блок питания силовой состоит из двух выпрямительных мостов, соединенных последовательно, получающих питание от обмоток трансформатора, соединенных в звезду и треугольник. Такое соединение создает сдвиг между напряжениями на 30° и позволяет уменьшить пульсации выпрямленного напряжения.
Блоки БПУ, БПС и БЗН подключены к напряжению 380 В СН генератора, а блок БФ — к трансформатору СН возбудителя. Такая схема питания, а также принцип построения схемы канала управления (высокие ограничивающие импульсы от БСН) обеспечивают формирование управляющих импульсов, даже если напряжение генератора составляет всего несколько процентов номинального. Это очень важное преимущество ССУП-4. Система управления обеспечивает следующую фазовую характеристику для смещения отпирающего импульса относительно точки перехода через нуль кривой опорного напряжения:
где φо — значение угла ср при
> — алгебраическая сумма напряжений управления; Uмакс — амплитуда опорного напряжения.
Во всех нормальных режимах дрейф по напряжению ССУП-4 является положительным (увеличение угла отпирания при увеличении напряжения) т. е. обеспечивается саморегулирование системы возбуждения даже при отключенном АРВ.
Дрейф по частоте системы ССУП-4 возникает из-за нарушения резонанса блока фильтра и имеет тот же характер, что и у электромагнитных систем управления (см. ниже). Однако влияние дрейфа по частоте слабее.
Применяемые для различных систем возбуждения и для различных ионных вентилей ССУП-4 имеют некоторые незначительные конструктивные отличия в выходных цепях и схеме снятия отпирающих импульсов.
