4

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

При изучении регулируемых преобразователей электрической энергии мы убедились в том, что регулирование сводится практически либо к регулированию постоянного напряжения, либо к регулированию переменного напряжения (рис.13.1). Вместе с тем в задачу коммутации входит либо коммутации напряжением U₁ питающей сети (преобразователи, ведомые сетью), либо принудительная коммутация от внешнего воздействия S.

1.2 Обобщенная схема управления преобразователем

Рассмотрим пример построения системы управления преобразователем, который предназначен для вращения двигателя постоянного тока с заданной скоростью вращения. Блок схема такого преобразователя может иметь вид, представленный на рис. 13.2.

Принцип работы схемы таков:

На вентильный блок подается напряжение сети, которое преобразуется вентильным преобразователем в постоянное напряжение. Это постоянное напряжение подается на двигатель, приводя его ротор во вращение. Одновременно напряжение сети подается на систему управления.

Напряжение сети сравнивается с сигналом Uу, поступающего с регулятора тока 1. При совпадении Напряжений сети и импульсов тока соответствующий тиристор открывается.

С двигателя число оборотов подается на тахометр Т, на выхое которого напряжение пропорционально скорости вращения ротора двигателя.

С тахометра сигнал поступает в блок сравнения, где сравнивается с опорным сигналом U_ОП, который задает номинальный режим работы двигателя. На выходе этого блока выдается разностный сигналU, где знак перед напряжением указывает на опережение или отставание скорости двигателя от номинальной скорости вращения, а величина напряжения указывает на степень этого отклонения.

Разностный сигнал U с выхода блока вычитания поступает на блок 2 «Регулятор скорости».

Здесь напряжение обычно усиливается, что приводит к увеличению чувствительности схемы регулирования.

Во второй системе сравнения «Регулятор тока» выходное напряжение вентильного преобразователя сравнивается с выходным напряжением регулятора числа оборотов двигателя.

Если отклонения от номинальной скорости нет, то в блок управления подается ток номинальный, который заставляет блок 1 сформировать управляющее напряжение U_У, при котором блок «Система управления» формирующее заданный номинальный угол управления вентилями.

Если отклонение скорости вращения двигателя от номинальной скорости есть, то в результате сравнения выходного напряжения вентильного преобразователя с напряжением блока 2 формируется сигнал отличный от сигнала номинального режима. Блок 1 формирует сигнал управления U_У так, чтобы увеличить или уменьшить напряжение на выходе вентильного преобразователя. Например, число оборотов двигателя уменьшилось. Для этого угол управления в блоке «Система управления» увеличивается. Если число оборотов двигателя уменьшилось, то угол управления увеличивается, что уменьшает выходное напряжение вентильного преобразователя и восстанавливает скорость вращения двигателя.

Таким образом, эта схема возвращает двигатель в номинальный режим работы независимо от причины, вызвавшей отклонение скорости вращения двигателя от номинального значения.

1.3 Основные разновидности систем управления преобразователями

1.3.1 Структурная схема управления трехфазным инвертором

Структурная схема управления трехфазным инвертором представлена на рис. 13.3. В этой схеме генератор ЗГ вырабатывает синусоидальное напряжение, частота которого больше, например, частоты сети в шесть раз. Выходное синусоидальное напряжение генератора в вормирователе импульсов Ф преобразуется в прямоугольные импульсы, которые являются оптимальными по форме для управления тиристорами. Эти импульсы поступают в распределительное устройство РИ, где происходит распределение импульсов по шести каналам для мостовой схемы вентильного преобразователя. Каналы 1…6 передают импульсы управления на соответствующие вентили преобразователя.

Замечание. Если частота переключений тиристоров равна f₀, то частота f_Г генератора должна быть больше и равна f_Г = 6 f₀. При этом сдвиг по фазе нужно выдержать равным /3.

1.3.2 Пример построения распределительного устройства на логических элементах

Выберем в качестве распределителя импульсов счетчик, который считает до восьми. Из раздела 6 мы знаем, что такой счетчик легко построить на трех триггерах. Выходы такого счетчика обозначим так:

- младший разряд, - средний разряд и старший разряд выходного кода счетчика. Составим таблицу 1 соответствия выходных кодов счетчика и номеров каналов управления тиристорами.

Таблица 1. Таблица соотвествия кодов счетчика каналам преобразователя.

По таблице соответствия составим логическую функцию:

.

Составим карту Карно и проведем минимизацию функции. Из карты Карно получим минимизированную функцию

.

Приведем базис к элементам И-Не.

.

Подсчитаем число элементов для реализации этой функции. Ясно, что нужен один элемент 2И-НЕ. Приобретаем микросхему К155ЛА3.

Составляем схему для полученной функции, которая является фильтром распознавания кодов каналов (рис. 13.5).

Теперь можно изготовить каналы с системами сравнения кода со значением функции. Например, для первого канала эта схема может выглядеть так, как показано на рис. 13.6. Для второго канала следует использовать инверторы только для выходов счетчика и , для второго канала использовать инверторы только для выходов и и т.д. Все это очевидно из таблицы соответствия. тахогенератор трехфазный инвертор

Недостаток этой схемы том, что схема не будет выдавать импульсы управления для кодов 110 и 111, что приводит к паузе работы вентильной система. Это нарушит работу вентильного преобразователя. Чтобы устранить этот недостаток нужно выполнить у счетчика принудительный сброс так, как показано на рис. 13.7. В этом случае счетчик будет считать только до шести и сбоя в работе вентильного преобразователя не будет.

1.3.3 Тахогенератор

В основу построения тахогенератора положен бесконтактный способ определения числа оборотов. Суть его в том, что на вращающейся части, например, двигателя помещают в простейшем случае магнит. Близко к поверхности вращения подносят катушку с ферромагнитным сердечником. Во время прохождения магнита вблизи катушки, в ней наводится ЭДС. После ухода магнита от катушки, в ней ЭДС исчезает. Таким образом, на один оборот в катушке появляется один импульс напряжения. С ростом числа оборотом в катушке растет число импульсов. Следовательно, число оборотов двигателя и частота импульсов ЭДС связаны прямой пропорциональной зависимостью

(1)

Далее импульсы тахометра поступают на формирователь, который приводит форму этих импульсов к синусоидальной форме. Такая форма импульсов удобна потому, что в качестве эталонных импульсов тоже используют синусоидальный сигнал, который легко получить, например, от кварцевого генератора.

1.3.4 Система сравнения импульсов тахогенератора с эталонными импульсами

Два сигнал от эталонного генератора и сигнал от тахогенератора в системе сравнения преобразуется в разность потенциалов. В качестве системы сравнения берут фазовый дискриминатор, схема которого приведена на рис. 13.8.

Сигнал с тахогенератора подается на первичную обмотку трансформатора ТР1. Вторичную обмотку Тр1 нагружают резисторами R1=R2. Резисторы имеют емкостные фильтры C1=C2. Резисторы и фильтры тоже имеют нулевой вывод. К нулевым выводам трансформатора и резистором подключают вторичную обмотку трансформатора ТР2.

На первичную обмотку подают эталонное напряжение U_Э,ВХ.

В результате получили два детектора (выпрямителя) в которых на диоды действует сразу два напряжения:

(2)

Разница в том, что к диодам VD1 и VD2прикладываются от тахогенератора равные но противофазные напряжения. На графиках рис. 13.9 показаны все три возможных случаев при сравнении фаз сигналов.

Фазы сигналов одинаковы

Н а рис. 139а приведен случай равенства фаз сигналов. Складывая векторные напряжения этих сигналов, получим, что напряжения, приложенные к диодам равны по величине, но относительно эталонного напряжения сдвинуты на равные но противоположные углы. Следовательно, через диоды будут протекать токи, которые зарядят конденсаторы с полярностью, отмеченной на рис. 13.8. Заряды конденсаторов равны по величине, но противоположны по знаку. В результате на выходе фазового дискриминатора напряжение равно нулю.

Фаза сигнала тагогенератора опережает фазу эталонного сигнала

На рис. 139б приведен случай неравенства фаз сигналов. Складывая векторы напряжений, получим, что к диоду VD1 приложено большее напряжение, чем к диоду VD2.

В результате конденсатор С1 зарядится до большего напряжения, чем конденсатор С2. На выходе получим разницу этих напряжений положительной полярности.

Фаза сигнала тагогенератора отстает от фазы эталонного сигнала

На рис. 139с выполнено сложение векторов напряжений для случая, когда фаза сигнала тахогенератора отстает от фазы эталонного сигнала. При этом большее напряжение прикладывается к диоду VD2. В результате конденсатор С2 зарядится до большего напряжения, чем конденсатор С1. На выходе получим разницу этих напряжений отричательно полярности.

Вывод 13.1. На выходе фазового дискриминатора наряжение пропорционально разнице фаз эталонного и рабочего напряжений.

Вывод 13.2. Знак выходного напряжения дискриминатора несет в себе информацию об ускорении или замедлении скорости вращения двигателя.

1.3.5 Регулятор скорости

Регулятор скорости это обычный усилитель напряжения, но усилитель имеет плавную регулировка коэффициента усиления. При большом коэффициенте усиления выходное напряжение усилителя становится большим даже при малом расхождении фаз сигналом.

В этом случае стабилизация скорости вращения двигателя становится очень жесткой. Уменьшая коэффициент усиления, мы позволяем изменяться частоте вращения двигателя в некотором диапазоне частот.

Во второй системе сравнения «Регулятор тока» выходное напряжение вентильного преобразователя сравнивается с выходным напряжением регулятора числа оборотов двигателя.

Если отклонения от номинальной скорости нет, то в блок управления подается ток номинальный, который заставляет блок 1 сформировать управляющее напряжение U_У, при котором блок «Система управления» формирующее заданный номинальный угол управления вентилями.

Если отклонение скорости вращения двигателя от номинальной скорости есть, то в результате сравнения выходного напряжения вентильного преобразователя с напряжением блока 2 формируется сигнал отличный от сигнала номинального режима. Блок 1 формирует сигнал управления U_У так, чтобы увеличить или уменьшить напряжение на выходе

1.3.6 Система сравнения напряжения регулятора скорости и напряжения вентильного преобразователя

Эта система сравнения по принципу построения ничем не отличается от схемы вычитания напряжений, которую мы рассмотрели при изучении стабилизатора компенсационного типа. На выходе этого блока так же появляется разностное напряжение

(3)

где - напряжение «Регулятора скорости», - напряжение вентильное преобразователя. Эти напряжения являются постоянными и необходимость учета фазных соотношений здесь отпадает.

1.3.7 Регулятор тока

Блок 1 рис. 13.2 получил имя регулятора тока потому, ч он позволяет изменять величину выходного напряжения U_У как при настройке схемы перед началом работы, так и в процессе работы схемы. С ростом числа оборотов двигателя это напряжение увеличивается.

В системе управления оно сравнивается с фазным напряжением. В момент равенства этих напряжений вырабатывается ток управления тиристором. Понятно, что при этом угол управления увеличится. И наоборот, с уменьшением числа оборотов двигателя напряжение UУ тоже уменьшается, что автоматически в системе управления приводит к уменьшению угла управления

Замечание. В качестве эталонного сигнала можно использовать напряжение сети перемнного тока, если требования к стабильности работы двигателя невелики.

1.4 Цифровая система регулирования частоты

1.4.1 Структурная схема цифровой системы фазовой подстройки частоты

Обобщенная структурная схема цифровой системы фазовой подстройки частоты (ФАПЧ ) приведена на рисунке.

На схеме функциональное назначение блоков таково:

ФУ - формирователь входного сигнала к виду U1, удобному для работы цифрового фазового детектора ЦФД.

ЦФД - цифровой фазовый детектор, вырабатывающий два сигнала U_б и U₅.

ЦФНЧ - цифровой фильтр низких частот.

УДЧ - блок управления делителем частоты.

ОГ - опорный генератор.

ДЧ - делитель частоты.

1.4.2 Принцип работы схемы цифровой фазовой подстройки частоты

Входной гармонический сигнал Uвх подается на формирующее устройство ФУ (рис. 13.10), которое преобразует сигнал в последовательность прямоугольных импульсов U₁, длительностью То = 1/f_вх (рис. 13.11).

Последовательность импульсов U1 поступает на ЦФД, где сравнивается с последовательностью импульсов эталонного сигнала U1. При этом возможны несколько случаев.

Рассогласования сигналов нет

Рассмотрим случай, когда нет рассогласования между сигналом полезным U1 и сигналом эталонного генератора U4:

ЦФД цифровой фазовый детектор сравнивает импульсы полезного сигнала с эталонным сигналом U4 и не выдает сигнал рассогласования U5 на ЦФНЧ.

ЦФНЧ цифровой фильтр низких частот не вырабатывает сигнал «+» на опережение или сигнал «-» на отставание полезного сигнала.

ОГ опорный генератор выдает импульсы на УДЧ.

УДЧ блок управления делителем частоты не изменяет режим работы ДЧ.

ДЧ делитель частоты выдает симметричные меандры U2 и U3.

Сигналы U2 и U3 в блоке ЦФД не изменяют сигнал рассогласования Uс и выходной сигнал U5.

Связь между блоками ЦФД и ЦФНЧ происходит по нулевому сигналу U₆, который поддерживает рассмотренный режим работы цифрового фазового детектора.

Рассогласование сигналов есть

Рассмотрим случай при рассогласованных сигналах U1 и U4:

ЦФД цифровой фазовый детектор вычисляет ошибку рассогласования импульсов U1 и U4.

ЦФНЧ выдает сигнал «+» при опережении или сигнал «-» при отставании по фазе полезного сигнала на УДЧ.

Пусть рассогласование увеличилось на величину фазы + , что равносильно увеличению времени То.

ДЧ выдаст второй сигнал U3 меньшей длительности.

Сигнал рассогласования Uс увеличивается.

Сигнал рассогласования U5 увеличится.

сигнал «+» заставить УДЧ выдать команду на ДЧ.

ДЧ изменяет коэффициент деления так, что он уменьшит длительность То, что восстановит соотношение фаз между сигналами.

Пусть рассогласование увеличилось на величину фазы - , что равносильно уменьшению времени То.

ДЧ выдаст второй сигнал U3 большой длительности.

Сигнал рассогласования Uс уменьшится.

Сигнал рассогласования U5 уменьшится.

сигнал «-» заставить УДЧ выдать команду на ДЧ.

ДЧ изменяет коэффициент деления так, что он увеличивает длительность того, что восстановит соотношение фаз между сигналами.

Размещено на Allbest.ru