СИСТЕМА ФАЗОИМПУЛЬСНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ (СИФУ)
Система включает в себя общее входное устройство и шесть каналов управления плечами тиристорных мостов. Каждый из каналов состоит из узла синхронизации, узла фазового сдвига, формирователя импульсов и узлов диодной развязки. Входное устройство, схема которого приведена на рис. 14, предназначено для согласования выхода регулятора тока с входом СИФУ, а также ограничения минимального и максимального значений угла управления. Основным звеном устройства является операционный усилитель А, собранный по схеме повторителя через резистор R6. Ограничение максимального и минимального значений углов управления
осуществляется цепью, состоящей из потенциометров R4 и R5 и диодов VD1, VD2. Входной сигнал подается через резистор R1, а через резистор R2 осуществляется установка начального угла управления. На выходе устройства установлен конденсатор С. Схема одного канала СИФУ и диаграммы напряжений в узловых точках схемы, поясняющие работу СИФУ, приведены соответственно на рис. 15 и 16. Кривая 1 - синусоидальное напряжение (на конденсаторе С1), поступающее на вход узла синхронизации. Цепь из резисторов Rl, R2 и конденсатора С1 предназначена для фильтрации входного напряжения. До момента 1 напряжение синхронизации положительно, транзистор VI закрыт, и конденсатор С2 заряжается через VD3 и R3 до 24 В. В момент ti, когда напряжение синхронизации меняет знак, VI откроется и С2 разрядится через VD4, R4, VI.
Рис. 14. Схема входного устройства
Кривая 2 на рис. 16 - напряжение на конденсаторе С2. Резистор R2 входит в узел фазового сдвига, и импульс напряжения на нем при разряде С2 является импульсом синхронизации (кривая 3). Узел фазового сдвига построен на транзисторах V2 и V3. До момента tj оба транзистора открыты, и конденсатор СЗ разряжен. В момент tj закрывается транзистор V3 при поступлении в базовую цепь импульса синхронизации и закроет V2. На эмиттере V2 возникает отрицательное напряжение управления - Uy. Конденсатор СЗ начинает заряжаться от общего нуля через источник управления, VD7, R6, R5. Напряжение на эмиттере V2, равное напряжению Uy, и конденсаторе СЗ, будет увеличиваться пока не станет равным напряжению сравнивания U^ в момент t2. При этом откроется диод VD5, транзисторы V2 и V3 включаются, и конденсатор СЗ разряжается. В момент t3 с подачей импульса синхронизации процесс повторяется в той же последовательности. Угол фазового сдвига пропорционален времени t2-t1 и, как видно из рис. 16, определяется напряжением управления Uy (кривая 4). Формирователь импульсов построен на транзисторе V4. До момента V2 и V3 открыты, а конденсатор С5 разряжен.
Рис. 15. Схема канала СИФУ
Рис. 16. Диаграммы напряжений в узловых точках схемы СИФУ
В период С5 заряжается до 24 В. В момент t2, когда откроется V3, конденсатор С5 перезаряжается. Во время перезаряда на базе V4 возникнет положительный потенциал, и он закроется. При закрытом V4 на его коллекторе возникает положительный импульс, который через стабилитрон V5 поступает на вход усилителя импульсов. Усилитель импульсов выполнен на двух транзисторах V6 и V7. Схема обеспечивает управляющий импульс амплитудой до 2 А и длительностью 400-500 мкс. Узел диодной развязки выполнен на диодах VD9 и VD10, через которые управляющие импульсы поступают на входы усилителей формирователей импульсов, расположенных в силовых блоках выпрямителя.
Узел световой сигнализации выполнен на светодиоде V8, ток через который протекает как в период действия импульсов по цепи VD8, R15, R16, V8, так и в промежутки между ними от заряженного конденсатора Сб. При этом диод светится с половинной яркостью. Светодиоды всех каналов СИФУ расположены рядом и светятся равномерно. В случае исчезновения импульсов или неисправностей свечение диодов прекращается или они светятся неравномерно. Диод VD7 и стабилитрон осуществляют снятие управляющих импульсов, что достигается подачей сигнала, достаточного для пробоя V5.
УСИЛИТЕЛЬ-ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ (УФИ)
Схема УФИ для управления каждым из тиристоров одного плеча силового моста приведена на рис. 17. Основным узлом УФИ является импульсный трансформатор Т, имеющий две
Рис. 17. Схема усилителя- формирователя импульсов
вторичные обмотки. С одной обмотки импульс поступает на включение тиристора, вторая служит для перемагничивания его тороидального сердечника. Импульс управления приходит с выхода СИФУ и усиливается транзистором VI.
РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ (PC)
Регулятор скорости, схема которого представлена на рис. 18, выполнен по схеме пропорционального регулятора и состоит из двух усилителей: прямого А1 и инверсного А2. Усилитель А1 формирует сигнал на входе регулятора тока через R10 и VD2 в выпрямительном режиме работы тиристорных мостов, а А2 через R12 и VD1 в инверторном режиме работы. Оба сигнала одновременно на вход регулятора тока не подаются, так как один из них зашунтирован логическим переключающим устройством (ЛПУ), соединяющим или R11, или R12 с общим нулем. Если шунтируются оба выхода, то выходной сигнал закорачивается, благодаря чему при переключении тиристорных групп, осуществляемом ЛПУ в период бестоковой паузы, сигнал на входе регулятора тока снижается до нуля. С усилителя А2 подается также сигнал управления на ЛПУ. На вход PC подаются сигналы: задающий U3 через R2 и обратной связи (ОС) через R3, кроме того, имеется один резервный вход.
ДАТЧИК НАПРЯЖЕНИЯ (ДН)
Датчик напряжения формирует сигнал обратной связи на входе регулятора скорости по напряжению двигателя, обеспечивая при этом фильтрацию входного напряжения и гальваническую развязку напряжения в силовой цепи и цепи управления. Датчик напряжения, схема которого представлена на рис. 19, состоит из магнитно-транзисторного генератора, преобразующего постоянное напряжение 24 В в переменное прямоугольной формы частотой 1,8 кГц, фильтра входного напряжения, коммутатора и декоммутатора напряжения и дифференциального усилителя.
Рис. 18. Схема регулятора скорости
Генератор построен на транзисторах VI, V2, резисторах R1-R6 и тороидальном трансформаторе Т1 с прямоугольной петлей гистерезиса. Фильтр включает в себя резисторы R20 - R22 и конденсатор С2. В коммутатор входят транзисторы V3, V4, резисторы R7-R10 и первичная обмотка трансформатора гальванической развязки Т2 в коммутатор V5, V6, R11-R14 и вторичная обмотка Т2. Принцип работы схемы заключается в изменении входного напряжения усилителя А в зависимости от напряжения на входе преобразователя Unp. Регулировка коэффициента усиления А (резистор R17) позволяет изменить глубину обратной связи по напряжению.
Рис. 19. Схема датчика напряжений
РЕГУЛЯТОР ТОКА (РТ) С ДАТЧИКОМ ТОКА (ДТ)
Схема РТ представлена на рис. 20. Он выполнен в виде пропорционально-интегрального регулятора и включает в себя усилитель А1, собранный по схеме повторителя (с обратной связью через R3); транзистор VI, образующий совместно с конденсатором С2 и резистором R5 интегратор напряжения; транзистор V3, изменяющий постоянную времени РТ по сигналу от датчика тока; транзистор V2, управляющий VI и V3. На РТ подается сигнал U с выхода регулятора скорости и сигнал жесткой и гибкой обратных связей от датчика тока, подаваемые на базу транзистора VI соответственно через стабилитрон V4 и резисторы R14 и и через конденсатор СЗ и резистор R8. Измерение постоянной времени РТ необходимо для обеспечения форсировки нарастания тока в режиме прерывистых токов преобразователя в начальный период переходного процесса (малая постоянная) и стабилизации работы привода в режиме непрерывных токов по окончании переходного процесса (большая постоянная). Значение постоянной времени определяется контуром подключения конденсатора С2 к неинвертируемому входу усилителя. При закрытом транзисторе V2 и соответственно открытом V3 постоянная времени определяется резистором R5. При поступлении сигнала от датчика тока V2 откроется, a V3 закроется, и постоянная времени увеличится, определяясь сопротивлениями резистора R5 и перехода эмиттер-база VI. Таким образом, РТ адаптируется к режиму работы преобразователя. При резких набросах нагрузки сигналом от датчика тока по цепям, сначала гибкой, а затем жесткой обратной связей, открывается транзистор VI, и конденсатор С2 мгновенно разрядится через VD3, V2 и VI. РТ превратится в безынерциальное звено, а в силовой цепи установится ток, равный уставке токовой отсечки, определяемой входным сигналом от PC.
Датчик тока выполнен на трех согласующих трансформаторах Т1-ТЗ, связанных с трансформаторами тока силовой цепи и выпрямительным мостом на диодах VD5-VD10 с выходными резисторами R13, R14.
ЛОГИЧЕСКОЕ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ЛПУ)
Устройство осуществляет переключение тиристорных групп силового выпрямителя при реверсе тока, реверсирование выходного сигнала в PC и специальным воздействием на РТ - приведение системы регулирования к начальным условиям при реверсе тока.
Рис. 20. Схема регулятора тока
Рис. 21. Схема логического переключающего устройства
Схема ЛПУ приведена на рис. 21. На вход основного элемента ЛПУ усилителя А поступают сигналы: 12 В через резистор R17; управления с выхода прямого усилителя PC через резистор R1, обратной связи с ДН через резистор R3 и сигнал запрета с датчика нулевого тока (ДНТ). Усилитель А управляет двумя группами транзисторов: V7, VI, VI0 и V8, V23, V9, V2, переключающимися попарно, причем V10nV2 являются выходными в указанных группах. При разности сигналов Uy и U0 с, большей по модулю 12 В, выходным сигналом усилителя А включается V2, a V10 выключен. Сигналы с V10 и VI2 при их закрытии поступают в следующие каскады через резисторы R29, R11 и диоды VD12, VD7. На участках связи V2w V10 со следующими каскадами заведены по три блокировки: для V2 через диоды VD15, VD11, VD10 и для VI0 через VD8, VD6, VD3. Пары транзисторов VI2, VII и V3, V6 включены по схемам триггеров, имеющих по два устойчивых состояния: открытое и закрытое. Триггеры связаны между собой блокировочными связями через диоды VD13 и VD1 таким образом, что если один триггер открыт, то другой закрыт. Транзисторы V14viV4 являются выходными каскадами триггеров и осуществляют переключение тиристорных групп при реверсе тока. Через них подается питание на узел формирования импульсов управления тиристорами. Диоды VD12 и VD7 разрешают транзисторам V10 и V2 включать только свои триггеры.
Переключение тиристорных групп производится по команде от PC и возможно только при нулевом значении силового тока, что контролируется узлом запрета. Сигнал запрета поступает от ДНТ через выпрямитель VZ1. Узел запрета собран на транзисторах V15-V21. Помимо контроля нулевого тока в силовой цепи узел запрета формирует длительность бестоковой паузы при переключении тиристорных групп, а также контролирует правильность работы ЛПУ. Сигнал запрета при наличии силового тока поступает на триггеры через VD11, VD6, а через диоды VD10, VD8 - от транзисторов V10 и V2 при открытом транзисторе V21 узла запрета, который закрывается только после переключения ЛПУ. При подаче команды на переключение (при разности между U3 и UDс, равной 12 В) и нулевом значении силового тока выключится ранее открытый триггер, закроются транзисторы V15 и VI6 и откроется VI9. При этом транзистор VI7 перейдет в открытое состояние на время заряда конденсатора СЗ, определяющее время бестоковой паузы. Это время составляет 8-10 мс и задается резистором R51. Транзистор V17 через диод VD6 или VD11 зашунтирует вход транзисторов V6 или VII триггеров и на время бестоковой паузы закроются оба плеча ЛПУ. За время бестоковой паузы ЛПУ не включится даже в том случае, если в силовой цепи появится ток, например, вследствие неисправности тиристоров. Это достигается включением транзистора V21, шунтирующего выходы транзисторов V23 и V2. После прекращения силового тока отсчет времени бестоковой паузы начинается сначала.
Транзистор V18 осуществляет контроль включения обоих плеч ЛПУ через резистор R50 и диоды VD17 и VD4. В случае неисправностей, если одно из плеч ЛПУ не включится, V18 останется открытым и откроет транзистор V17, который выдает команду на закрытие триггеров обоих плеч ЛПУ. Одновременно откроется транзистор V22 и зашунтирует вход РТ, который при этом отбросит импульсы управления в область, соответствующую минимуму выходного напряжения силового выпрямителя. Транзисторы V13 и V5 предназначены для переключения реверсивного усилителя в PC. Цепь с резистором R63 предназначена для подачи сигнала на базу транзистора V17 для принудительной установки ЛПУ в выключенное состояние, т.е. закрытия тиристоров силового выпрямителя.
ДАТЧИК НУЛЕВОГО ТОКА (ДНТ)
Датчик обеспечивает подачу запрещающего сигнала при наличии тока в силовой цепи. Он представляет собой дроссель насыщения, смонтированный на шине постоянного тока и состоящий из двух встречно включенных катушек. Питание дросселя осуществляется выпрямленным через однофазный мост напряжением понижающего трансформатора. При нулевом токе сопротивление дросселя велико, а при токе в силовой сети, равном 4-6 А, дроссель насыщается и ток в его цепи достаточен для выдачи сигнала запрета.
УЗЕЛ ПИТАНИЯ И СИНХРОНИЗАЦИИ (УПС)
Для осуществления питания и синхронизации СИФУ в УПС установлено два многообмоточных трансформатора.
Рис. 22. Схема стабилизированного источника
Питание цепей управления, как было сказано ранее, осуществляется от пяти источников выпрямленного напряжения со значениями, указанными на рис. 12. Схема стабилизированного источника представлена на рис. 22. От трансформатора Т1 напряжение выпрямляется выпрямителем UZ1. Силовыми элементами схемы являются транзисторы V4 и V3, выполняющие функции регулирующего элемента. По ним протекает ток нагрузки стабилизатора, а стабилизация осуществляется изменением внутреннего сопротивления V3. Транзистор V5 с резисторами R5-R8 и стабилитроном V6 выполняют функции сравнивающего элемента. Сигнал, пропорциональный разности между выходным напряжением стабилизатора на потенциометре R7 и опорным на стабилитроне V6 усиливается транзистором V5 и осуществляет управление транзисторами V3 и V4. Транзистор V2, резисторы R1-R4 и стабилитрон VI введены в схему для повышения точности стабилизации. Конденсаторы С2 и СЗ предотвращают высокочастотную генерацию в стабилизаторе.
КОНСТРУКЦИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
Конструктивно преобразователь включает в себя следующие блоки, в которых расположены функциональные узлы силовой схемы и системы управления: силовые блоки (БС); панель системы управления и регулирования преобразователя (СУРП); панель логического переключающего устройства (ЛПУ); блок регулируемого возбудителя со стабилизацией (РВС); панель системы управления регулируемым возбудителем (СУРВ); блок питания (БП); панель управления (ПУ); панели с конденсаторами и резисторами узла защиты от перенапряжений и входных фильтров цепей управления и панели с резисторами блока управления. Кроме того, в состав преобразователя входят: токоограничивающий реактор силового выпрямителя; четыре автоматических выключателя со стороны переменного и постоянного тока соответственно силового выпрямителя и возбудителя, а также приборы контроля тока и напряжения; предохранители; двигатели тока; токоограничивающие резисторы.
Силовой блок состоит из тиристоров с охладителями и платы усилителя-формирователя импульсов. Панель СУРП включает в себя систему фазоимпульсного управления, регуляторы тока и скорости, датчик напряжения и задатчик интенсивности. В панели ЛПУ помимо элементов, рассмотренных при описании его работы, расположен делитель напряжения, предназначенный для формирования сигнала задания при управлении от командоконтроллера. Блок РВС, как и БС, включает тиристоры и усилитель-формирователь импульсов. Панель СУРВ состоит из узлов, функционально приведенных на рис. 12 (система А2). На панели управления размещен местный пост управления преобразователем, который позволяет произвести опробование всех его узлов.
