Схемы управления тиристорными преобразователями (СУТ) и ионными преобразователями (ССУП) принципиально мало отличаются друг от друга. Так, тиристоры не требуют (а некоторые типы тиристоров не допускают) подачи на управляющий электрод отрицательного запирающего напряжения. Поэтому в СУТ отсутствует блок запирающего напряжения. Кроме того, каждое плечо тиристорного преобразователя в отличие от ионного содержит несколько вентилей. Например, преобразователь на рис. 6 содержит шесть параллельных ветвей, в каждой из которых имеется по три вентиля.
Рис. 15. Принципиальная схема выходных цепей системы управления тиристорами.
Последовательно соединенные вентили находятся под разными потенциалами, поэтому цепи управления должны быть разделены на однопотенциальные группы. На рис. 15 показана схема выходных цепей СУТ, которая представляет собой вариант схемы ССУП-4, переделанной в соответствии с указанными выше требованиями. Силовой блок СУТ состоит из трех блоков, каждый из которых предназначен для управления шестью однопотенциальными тиристорами. В соответствии с количеством тиристоров разделительный трансформатор Тр2 содержит шесть вторичных обмоток.
Цепь управления каждым тиристором содержит диод Д1 для предотвращения подачи отрицательного потенциала на управляющий электрод; переключающий диод Д2 для обеспечения необходимой крутизны отпирающего импульса; нагрузочные резисторы R1 и R2 и фильтрующие конденсаторы С1 и С2.
Наряду с полупроводниковыми системами управления в практике эксплуатации ионных возбудителей продолжают встречаться статические фазорегуляторы ФС2-1 и импульсная электромагнитная схема с пик-трансформаторами (рис. 16) для мостовых схем выпрямления.
Устройством, генерирующим отпирающие импульсы, является пик-генератор, который состоит из шести лик-трансформаторов. Принцип работы пик-трансформатора основан на насыщении его сердечника при прохождении переменного тока по первичной обмотке. Когда сердечник не насыщен, происходит изменение магнитного потока, и во вторичной обмотке пик-трансформатора наводится э. д. с. (импульс), максимум которой соответствует моменту перехода через нуль магнитного потока. В этой точке скорость изменения магнитного потока наибольшая. Параметры пик-трансформаторов подбираются таким образом, чтобы ширина импульса у основания равнялась 60°. Когда сердечник пик-трансформатора насыщен, то нет изменений магнитного потока, и, стало быть, отсутствует э. д. с. во вторичной обмотке (рис. 17,а). Пик-трансформаторы, образующие пик-генератор ПГЗ-120, имеют каждый две первичные и четыре вторичные обмотки. Первичные обмотки пик- трансформаторов соединены в сложный зигзаг, и отношение чисел витков первичных, обмоток =0,367. Такое отношение чисел витков первичных обмоток и схема их соединений позволяют получить векторную диаграмму НС пик-генератора, показанную на рис. 17,6. Соединяя вторичные обмотки пик-трансформаторов с учетом векторной диаграммы НС можно получить векторную диаграмму отпирающих импульсов в соответствии с очередностью работы вентилей в трехфазной мостовой схеме (рис. 17,в). Каждый импульс сдвинут относительно предыдущего на 60о. На рис. 17,г показана форма отпирающего импульса, построенного в соответствии со схемой соединения обмоток, приведенной на рис. 16 для вентиля 1. Ширина импульса у основания равна 150°, а на высоте, соответствующей напряжению смещения (для ионных вентилей) —120°. Ширину импульса можно при необходимости уменьшить путем отключения соответствующей обмотки.
Для четкого зажигания вентилей необходимо обеспечить возможно большую крутизну фронта отпирающего импульса. Поэтому одна из вторичных обмоток пик- трансформатора должна иметь большее количество витков, чем остальные. В результате импульс получается ступенчатым.
Рис. 16. Принципиальная схема статического фазорегулятора ФС2-1 и схема формирования сеточных импульсов с пик-трансформаторами.
ПΓ — пик-генератор; 1—6 — пик-трансформаторы (П1, П2 — первичные, I—IV — вторичные обмотки); 1С—6С — выводы пик-генератора, подключаемые к сеткам вентилей; ИФР — индукционный фазорегулятор; ФС — статический фазорегулятор;. ТП — трансформатор питания ФС; Ra, Rb, Rc и ДНА, ДНВ, ДНС - резисторы и дроссели насыщения, создающие соответственно активные и индуктивные плечи моста; ТРА, ТРВ,ТРС - разделительные трансформаторы (I — первичная, II — вторичная обмотки): С — сглаживающий конденсатор.
На вентили катодной группы отпирающие импульсы подаются непосредственно от пик-трансформатора через резисторы, ограничивающие сеточный ток. Катоды вентилей анодной группы разнопотенциальны, поэтому отпирающие импульсы подаются на вентили через разделительные трансформаторы, в цепи вторичных обмоток которых включены сеточные резисторы.
Рис. 17. Диаграммы работы пик-генератора. а — образование импульса в пик-трансформаторе; б—векторная диаграмма намагничивающих сил; в — векторная диаграмма сеточных импульсов; г — образование сеточного импульса вентиля 1; Uс1—Uc6 — векторы напряжения сеточных импульсов.
Сдвиг фазы отпирающих импульсов производится изменением фазы синусоидального напряжения, подаваемого на вход пик-генератора. Это выполняется для данных схем с помощью индукционного или статического фазорегулятора.
Индукционный фазорегулятор представляет собой заторможенный асинхронный двигатель с фазным ротором. Поворачивая ротор относительно статора вручную или с помощью приводного двигателя (дистанционное управление), можно менять фазу напряжения ротора на ±120°.
При автоматическом управлении изменение фазы напряжения, питающего пик-генератор, осуществляется статическим фазорегулятором на угол 100—140°.
Статический фазорегулятор ФС2-1 состоит из трех мостовых фазосмещателей, соединенных в треугольник. Каждый фазосмещатель содержит (рис. 18) мост, плечи которого образуются резистором R с постоянным сопротивлением, дросселем насыщения ДН с переменной индуктивностью и ответвлениями х0 и 0α вторичной обмотки питающего трансформатора 777.
Рис. 18. Принципиальная схема одной фазы ФС.
Для увеличения диапазона регулирования ответвление обмотки х0 имеет меньше витков, чем ответвление 0α. С той же целью последовательно с дросселем ДН включена вторичная обмотка b1—y1 фазы В питающего трансформатора ТП. Напряжение, подаваемое на пик-генератор, снимается с диагонали моста через разделительный трансформатор Тр. При изменении индуктивного сопротивления дросселя изменяется распределение напряжения между активным и индуктивным сопротивлениями моста. Но поскольку напряжение питания моста неизменно, а угол между векторами напряжения на активном и индуктивном сопротивлениях равен 90°, то геометрическим местом конца вектора диагонали является окружность. Индуктивное сопротивление дросселя изменяется посредством подмагничивания последнего постоянным током, который подается в обмотки управления. Силовая обмотка дросселя состоит из двух частей, которые расположены на отдельных стержнях. Из-за встречного соединения обмоток переменное напряжение нетрансформируется в обмотки управления, охватывающие оба стержня.
Фаза отпирающего импульса устанавливается таким образом, чтобы при максимальном значении тока подмагничивания вентиль был полностью открыт. При уменьшении тока отпирающий импульс будет отставать от анодного напряжения, и выпрямленное напряжение будет уменьшаться.
Рис. 19. Принципиальная схема статического фазорегулятора ФС-13 и схема формирования сеточных импульсов с пик-дросселями.
ПД -пик-дроссель; СТА, СТВ, СТс — сеточные трансформаторы; Rу —резисторы установочные; В — шунтирующий диод; БС — блок смещения; Rп — резистор подстройки; ВС — выпрямитель силовой. Остальные обозначения см. рис. 16.
Изменение напряжения следующим образом влияет на угол регулирования (дрейф по напряжению): при малом токе подмагничивания на каждые 10% уменьшения напряжения угол регулирования увеличивается в среднем на 10°, что приводит к уменьшению выпрямленного напряжения. При токе подмагничивания, соответствующем полному открытию вентилей, уменьшение напряжения почти не изменяет угол регулирования.
Рис. 20. Образование сеточных импульсов в схеме с пик-дросселем. а — напряжение на пик- дросселе uпд; б — напряжение на резисторе (сеточный импульс); u — вторичное напряжение СТ; uзап — запирающее напряжение; uRу1, uRу2 напряжения на установочных резисторах (сеточные импульсы вентилей 1 и 4).
Изменение частоты питающего напряжения также влияет на изменение угла регулирования (дрейф по частоте). Угол регулирования увеличивается при повышении частоты из-за увеличения индуктивного сопротивления дросселя ФС.
Статический фазорегулятор ФС-13 и импульсная электромагнитная схема с пик-дросселями применяются для нулевых схем выпрямления (рис. 19). Статический фазорегулятор ФС-13 принципиально не отличается от фазорегулятора ФС2-1. Здесь в качестве дросселя насыщения установлен магнитный усилитель с внутренней положительной обратной связью, назначение которой состоит в том, чтобы подмагничивать сердечник дросселя первичным током. Для этого каждая из силовых обмоток дросселя включается через выпрямители ВС таким образом, чтобы магнитные потоки обеих обмоток складывались. Это позволяет увеличить крутизну характеристики дросселя, уменьшить ток подмагничивания в обмотках управления и в конечном счете снизить необходимую выходную мощность автоматического регулятора возбуждения.
Следующей особенностью ФС-13 является наличие блока смещения, выход которого включен на одну из обмоток подмагничивания (обмотку смещения) дросселя. Задаваясь определенным значением тока смещения, находят так называемую рабочую точку на выходной характеристике ФС (см. § 27). Питание выпрямителя блока смещения осуществляется от специальных обмоток питающих трансформаторов ФС.
Устройство формирования отпирающих импульсов в данной системе управления выполнено на пик-дросселях. Вторичное напряжение сеточного трансформатора распределяется между активным сопротивлением и индуктивным (рис. 20). Когда дроссель не насыщен, его сопротивление на порядок выше активного сопротивления, и практически все напряжение прикладывается к дросселю. При некотором токе (токе насыщения) сопротивление дросселя резко подает и все напряженке скачком прикладывается к активному сопротивлению. Это напряжение и является отпирающим импульсом, который через ограничительные резисторы подается на вентиль (вентили типа ЭВУ-250/25 имеют две сетки). Ширина импульса на уровне запирающего напряжения составляет 80—100°. Для того чтобы вторичное напряжение сеточного трансформатора не искажалось в момент резкого переходного процесса, на вторичной стороне трансформатора включен конденсатор.
Схема устройства формирования импульса с одним пик-дросселем генерирует импульсы для двух вентилей, работающих в противофазе. Чтобы исключить появление отпирающего импульса одновременно на обоих вентилях, параллельно установочным резисторам (рис. 19) включены диоды, которые попеременно шунтируют установочные сопротивления в зависимости от полярности импульса. Дрейф по напряжению системы управления составляет 25° на 10% изменения питающего напряжения в средней части характеристики и в 5 раз меньше в ее крайних точках. Он вызван как свойством ФС (уменьшается напряжение, уменьшается подмагничивание дросселя), так и свойством пик-дросселя (уменьшается напряжение— увеличивается время перехода дросселя в режим насыщения). Дрейф по частоте, по величине и влиянию для данной ССУ аналогичен рассмотренному выше. Характерным недостатком системы является зависимость угла зажигания от режима работы вентилей.
