Размещено на http://www.allbest.ru/

УСИЛИТЕЛИ

Для плавной регулировки напряжения на нагрузке применяются тиристорные регуляторы. Промышленностью выпускаются электронные регуляторы напряжения на дискретных элементах типа РН, РНТО, У-252 и т.п. Фирмой ОВЕН освоен выпуск блока управления симисторами и тиристорами на интегральных элементах.

1. Тиристорный усилитель У-252 входит в унифицированную систему приборов автоматического регулирования «Каскад» и предназначен для преобразования входного унифицированного сигнала постоянного тока (напряжения) в выходной сигнал переменного напряжения, используемого для питания однофазных нагрузок активного типа, допускающих фазовое управление.

Фазо-импульсное управление тиристорами. Схема тиристорного регулятора с фазо-импульсным управлением показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Фазо-импульсное управление тиристорами

Встречное включение тиристоров позволяет использовать для питания нагрузки обе полуволны переменного напряжения сети.

Наибольшее распространение получили синхронные СФИУ, работа которых синхронизирована напряжением питающей сети. Функциональная схема СФИУ приведена на рисунке 2. Диаграммы, поясняющие её работу, показаны на рисунке 3.



Рисунок 2. Функциональная схема СФИУ

Рисунок 3. Диаграммы ФИУ

Функциональная схема ФИУ состоит из компаратора, на один из входов которого подаётся напряжение управления, а на другой линейно изменяющееся опорное напряжение. В момент времени, когда опорное напряжение становится больше управляющего, происходит переключение компаратора и запуск формирователя управляющих импульсов. Управляющий импульс поступает на управляющие электроды тиристоров и открывает их. С этого момента через тиристор и нагрузку течёт ток. Так как генератор опорного напряжения синхронизирован сетью, то фаза импульсного сигнала относительно начала полупериода питающего напряжения определится величиной управляющего напряжения и законом изменения опорного напряжения (рис 3).

Выходное напряжение тиристорных регуляторов в режиме непрерывного тока определяется соотношением:



U_вых. = U₀ cos б,

где б - угол управления;

U₀ - выходное напряжение при б = 0.

Изменение управляющего напряжения приводит к изменению угла управления тиристором и изменению выходного напряжения от 0 до U_m.

Основные параметры усилителя У-252

Входные сигналы:

по напряжению - 0…5 В (R_вх = 1,0 кОм);

по току:

0…5 мА (R_вх = 200 Ом);

0…20 мА (R_вх = 200 Ом);

диапазон изменения угла управления - 5°…175°;

максимальное среднее значение тока - 80 А;

нагрузка:

минимальная мощность нагрузки - 0,3 кВт;

максимальная мощность нагрузки - 12 кВт (исп. 1); 22 кВт (исп. 2);

мощность потребления блоками управления - 15 Вт.

Усилитель У-252 состоит из блока силовых тиристоров БТ-01 и блока управления тиристорами БУТ-01 (рис. 4). Блок управления включает в себя: генератор пилообразного напряжения (ГПН), источник смещения (ИС), сумматор, пороговый элемент, усилитель, блокинг-генератор, цепь отрицательной обратной связи (ООС) и источник питания. Силовые тиристоры блока БТ-01 включены последовательно с нагрузкой, питающейся от однофазной сети.



Рисунок 4. Функциональная схема усилителя У-252

На вход порогового элемента подаётся сумма сигналов: U1 - вход, U2 - выход ГПН, U3 - напряжение смещения, Uв - напряжение ООС. На его выходе образуется прямоугольное напряжение U5, задний фронт которого совпадает с концом каждого полупериода питающего напряжения, а передний смещается при изменении входного сигнала.

Напряжение U5 усиливается и поступает на вход заторможенного блокинг-генератора (БГ), генерирующего последовательность импульсов U7 общей шириной, равной длительности прямоугольного импульса U6. Импульсы U7 подаются на управляющие электроды силовых тиристоров. Цель ООС предназначена для линеаризации характеристики и управляется импульсами БГ.

Принципиальная схема У-252 приведена на рисунке 5.

В схеме усилителя предусмотрена возможность управления, как токовыми сигналами, так и по напряжению. Унифицированный сигнал постоянного тока 0-5 мА или 0-20 мА подаётся, соответственно, на клеммы 4-6 или 3-6, при этом клеммы 5-6 закорочены. Если используется унифицированный сигнал постоянного напряжения, то он подаётся на клеммы 5-6.



Рисунок 5. Принципиальная схема усилителя У-252

На вход порогового элемента, собранного на транзисторе VT2, подаётся сумма входного сигнала; напряжение смещения (U_R2); напряжения отрицательной обратной связи и пилообразного напряжения (U_C2). Делитель смещения R3, R2 питается от двухполупериодной схемы выпрямления VD14, VD15, VD16 и емкостного фильтра С4. Генератор пилообразного напряжения реализован на транзисторе VT1. Питание генератора осуществляется от VD14, VD15,VD16, C4, а управление его работой - от двухполупериодной схемы выпрямления VD12, VD13. Транзистор VT1 работает в ключевом режиме. В течение почти всего полупериода питающего напряжения VT1 закрыт напряжением на VD1, ток через который задаётся резистором R8. В конце каждого полупериода, когда напряжение на VD1 падает до нуля, транзистор VT1 открывается током, задаваемым резистором R7, от выпрямителя VD14, VD15, VD16. В течение времени, когда VT1 закрыт, ёмкость С2 заряжается от источника питания VD14, VD15, VD16, C4 через резисторы R4, R5. В конце каждого полупериода С2 разряжается через открытый VT1. Время разряда С2 много меньше времени заряда, так как VT1 находится в режиме насыщения. Время заряда и момент начала разряда С2 выбраны таким образом, чтобы разряд заканчивался до наступления начала следующего полупериода питающего напряжения. Уровень пилообразного напряжения подстраивается с помощью резистора R5. Сопротивление R2 термозависимо, что обеспечивает температурную компенсацию порога срабатывания транзистора VT2.

Суммирование сигналов осуществляется таким образом, что входное и пилообразное напряжение подаётся на вход порогового элемента в «открывающей» полярности, а напряжение смещения - в «закрывающей». При отсутствии входного сигнала транзистор VT2 закрыт, так как уровень пилообразного напряжения не превышает суммарного значения порогового напряжения и напряжения смещения. Если на вход подан сигнал, то VT2 открывается на время, в течение которого пилообразное напряжение, просуммированное с входным сигналом, превышает напряжение «порога» и смещения. В момент времени, когда VT2 закрыт, транзистор VT3 открыт и находится в режиме насыщения. Режим насыщения VT3 осуществляется выбором резисторов R9, R10. При открытом VT3 транзистор VT4 блокинг-генератора находится в заторможенном состоянии и сигналы управления на силовой блок не поступают. В моменты времени, когда VT2 открывается, а VT3 закрывается, на VT4 через резистор R11, диоды VD3, VD4 подаётся отрицательное напряжение, запускающее блокинг-генератор, который начинает генерировать последовательность импульсов. Это импульсное напряжение подаётся на управляющие электроды тиристоров VS6, VS7. Блокинг-генератор выполнен на транзисторе VT4, в коллекторную цепь которого включен импульсный трансформатор TV2. С обмотки 3 трансформатора на переход база-эмиттер VT4 через R14, C3 осуществляется положительная обратная связь. Перенапряжения, возникающие на VT4, в моменты коммутации ограничиваются цепочкой VD7, R15. Заторможенный режим блокинг-генератора обеспечивается падением напряжения на диодах VD6, VD5, которое через резистор R12 в запирающей полярности прикладывается к переходу э-б VT4, ток диодов задаётся резистором R13. Диоды VD3, VD4 предотвращают запуск блокинг-генератора напряжением насыщенного транзистора VT3 и диода VD2 при отсутствии входного сигнала. Питание порогового элемента (VT2), усилителя (VT3), блокинг-генератора (VT4) осуществляется от мостовой схемы выпрямления VD17…VD20 и сглаживающего фильтра С5. Импульсы, снимаемые с обмоток 4 и 5 трансформатора TV2, через диоды VD9 и VD10 и сопротивления R22, R23 управляют силовыми тиристорами VS6, VS7 включенными по встречно-параллельной схеме. В анодные цепи тиристоров для их защиты от перегрузок включены быстродействующие предохранители FU1, FU2. R-C цепочка R21, C8, R24, C9 предназначены для защиты тиристоров от перенапряжений.

Для линеаризации статической характеристики прибора и стабилизации его коэффициента усиления введена отрицательная обратная связь. Напряжение ООС формируется с помощью тиристора VS5, анодная цепь которого питается от выпрямителя на VD14, VD15 (несглаженным напряжением), в результате чего тиристор VS5 выключается в конце каждого полупериода. Тиристор VS5 открывается импульсами с обмотки 3 VT2, поступающими через VD8, R20 и за счёт тока тиристора на резисторе R16 создаётся напряжение, которое усредняется цепочкой R17, R18, C7.

Напряжение с ёмкости С7 через R19 подаётся на вход порогового элемента на VT2. Глубина ООС подстраивается резистором R18. Диод VD11 предотвращает отпирание VT2 током источника VD14, VD15, VD16, C4 через цепь обратной связи.

2. Блок управления симисторами и тиристорами ОВЕН БУСТ предназначен для управления симисторами или тиристорами, работающими с активной нагрузкой: нагревательными элементами инерционных печей, инфракрасными лампами и др. БУСТ рекомендуется использовать для регулирования мощности совместно с ПИД-регуляторами ОВЕН ТРМ101, ТРМ10.

БУСТ обладает следующими возможностями:

- автоматическое регулирование мощности активной нагрузки с помощью сигналов управления 0(4)…20 мА, 0…5 мА, 0…10 В, поступающих от регулятора (например, ОВЕН ТРМ101, ТРМ10);

- ручное регулирование мощности с помощью внешнего переменного резистора 10 кОм;

- два метода управления симисторами или тиристорами, в зависимости от инерционности нагрузки и уровня помех в сети;

- защита силовых тиристоров или симисторов при возникновении аварийных ситуаций: короткого замыкания или превышения номинального тока в нагрузке;

- плавный выход на заданный уровень мощности для предотвращения резких перегрузок питающей сети;

- светодиодная индикация уровня мощности (10 уровней от 0 до 100%);

- возможность внешней блокировки управления нагрузкой;

- работа с одно-, двух- и трёхфазной нагрузкой;

Прибор имеет три идентичных канала управления тиристорами или симисторами. Каждый канал соответствует одной из фаз. При управлении однофазной или двухфазной нагрузкой используется один или два первых канала.

Каждый канал управления состоит из устройства контроля перехода напряжения фазы через ноль, устройства контроля тока фазы, устройства обработки сигнала, формирователя импульсов и импульсного трансформатора (рис. 8).

усилитель импульсный симистор тиристор

Рисунок 6. Внешний вид прибора



Рисунок 7. Функциональная схема прибора БУСТ

Рисунок 8. Функциональная схема канала управления прибора БУСТ

Устройство контроля перехода через ноль формирует импульс в начале каждого полупериода соответствующей фазы (рис. 9). Эти импульсы синхронизируют работу устройства обработки сигналов.

Рисунок 9

Устройство обработки сигналов анализирует состояние перемычек S1...S6, которыми задается режим работы, определяет момент открытия тиристора или симистора в зависимости от величины сигнала на управляющем входе и запускает формирователь импульсов.

Перемычка	Назначение	Установлена	Снята
S1	Метод регулирования	По числу полупериодов	Фазовый
S2	Контроль тока	Включен	Выключен
S3	Режим работы	Работа	Установка уровня
S4	Фаза «В»	Используется	Не используется
S5	Фаза «С»	Используется	Не используется
S6	Вход управления	4...20 мА	Ручн., 0...10 В, 0...20 мА, 0...5 мА.

Положение перемычки S1 определяет метод управления мощностью в нагрузке. При снятой перемычке - фазовый, а при установленной - по числу полупериодов.

Положение перемычки S2 определяет, анализируется состояние устройства контроля тока защитного отключения или нет. При установленной перемычке - анализируется, а при снятой - нет.

Положение перемычки S3 определяет режим работы прибора. При снятой перемычке выполняется предварительная установка уровня тока защитного отключения. При такой установке запуск формирователя импульсов заблокирован и тиристоры или симисторы заперты. Контроль устанавливаемого уровня осуществляется при помощи десяти светодиодов. При установленной перемычке прибор находится в рабочем режиме.

Положение перемычки S4 определяет, используется фаза В или нет. При снятой перемычке канал управления выключен, а при установленной включен. Если данная фаза не используется (не подключен контроль напряжения фазы), перемычка обязательно должна быть снята. В противном случае прибор не включится.

Положение перемычки S5 определяет, используется фаза С или нет. При снятой перемычке канал управления выключен, а при установленной - включен. Если данная фаза не используется (не подключен контроль напряжения фазы), перемычка обязательно должна быть снята. В противном случае прибор не включится.

Положение перемычки S6 определяет, какой сигнал используется для управления. При установленной перемычке -- 4...20 мА, а при снятой -- все остальные.

Формирователь импульсов при запуске выдает три импульса длительностью 30 мкс с промежутками 500 мкс для надежного открытия тиристоров или симисторов.

Устройство контроля тока предназначено для защитного отключения нагрузки при превышении установленной величины. К входу устройства контроля тока подключается вторичная обмотка трансформатора тока, а его первичная обмотка включена в цепь нагрузки соответствующей фазы. Максимально допустимый ток на входе прибора не должен превышать 2 А. Трансформатор тока выбирают так, чтобы при номинальном токе на нагрузке I_ном ток на его выходе был 0,5...1,0 А. Для стандартных трансформаторов с коэффициентом трансформации N-5, где N - ток на первичной обмотке трансформатора, диапазон допустимых значений N определяется следующим образом: N_мин=5I_ном, а N_макс=10I_ном.

Например, при номинальном токе на нагрузке 18 А N_мин=18АЧ5=90А, а N_макс=18АЧ10=180А. Следовательно, из стандартного ряда трансформаторов тока подходят 100/5 А и 150/5 А.

Уровень защитного отключения задается внешним переменным резистором номиналом 100 кОм. При превышении заданного порога устройство контроля тока формирует сигнал аварийного выключения, при котором блокируется работа устройства обработки сигналов и светодиоды, индицирующие уровень управляющего сигнала, начинают мигать. Снятие аварийного состояния происходит при выключении питания прибора. Использование защиты по току при работе прибора не является обязательной.

Импульсный трансформатор имеет две вторичные обмотки, что позволяет подключать к каждому каналу прибора либо симистор, либо два тиристора (рис. 15).

Для регулирования мощности на нагрузке прибор позволяет формировать управляющие тиристорами или симисторами сигналы двумя методами: фазовым или по числу полупериодов. Выбор метода управления зависит от инерционности нагрузки.

При фазовом методе в зависимости от величины сигнала на входе БУСТа меняется угол открытия симистора или тиристора. Прибор обеспечивает 256 уровней изменения угла открытия полупроводников на один полупериод, что позволяет плавно изменять напряжение на нагрузке. Фазовый метод используется для управления малоинерционными объектами, быстро реагирующими на изменение напряжения на нагревателе, а также при управлении освещением. Однако такой метод управления не может защитить питающую сеть от помех, так как переключение полупроводниковых элементов происходит не при нулевом значении сетевого напряжения.

Рисунок 10. Фазовый метод управления

Метод управления по числу полупериодов позволяет значительно уменьшить уровень помех в электросети засчет включения и отключения нагрузки в момент перехода сетевого напряжения через нуль. Однако период следования управляющих сигналов с БУСТа составляет 256 целых полупериодов колебаний сетевого напряжения, или 2,56 с, поэтому этот метод применим только для инерционных нагрузок. Количество полупериодов на выходе БУСТа, а значит мощность на нагрузке, зависит от величины сигнала на входе БУСТа: при максимальном уровне сигнала (100 %) нанагрузку подаются все 256 полупериодов, при 50 % -- 128, при минимальном уровне полупроводниковые элементы закрыты и на нагрузку напряжение не поступает.



Рисунок 11. Метод управления по числу полупериодов

Прибор позволяет плавно достигать заданной мощности и тем самым избегать резких перегрузок питающей сети. При включении прибора или при скачкообразном изменении управляющего БУСТом сигнала мощность в нагрузке возрастает не скачкообразно, а плавно. При скачкообразном изменении уровня сигнала на входе БУСТа мощность на нагрузке изменяется со скоростью 20% в секунду, а время изменения мощности на нагрузке от минимального значения до максимального составляет 5 секунд.

БУСТ может применяться для автоматического регулирования мощности активной нагрузки. Для этого на управляющий вход БУСТА подают выходной сигнал регулятора (например, ТРМ101) (рис. 4.12):

- напряжения 0...10 В;

- тока 0...20 мА, 4...20 мА или 0...5 мА.

С помощью БУСТа можно вручную управлять симисторами или тиристорами. Для этого к управляющему входу нужно подключить внешний переменный резистор 10 кОм.

Прибор имеет функцию блокировки, позволяющую организовать аварийное или технологическое отключение нагрузки. На вход прибора «блокировка» подается внешний сигнал с одного из устройств: TTL_уровня, «сухого» контакта (кнопки, тумблера, геркона, реле), транзистора n-p-n типа. При снятии сигнала блокировки прибор плавно возвращается на заданный уровень мощности (рис.14).

БУСТ имеет на печатной плате линейку из 10 светодиодов, которая дискретно показывает уровень мощности: каждый светящийся светодиод соответствует 10% максимальной мощности.

Технические характеристики:

- Напряжение питания 220 В 50 Гц;

- Допустимое отклонение номин. напряжения -15...+10%.

Входы

- Входы управления внешний переменный резистор, 0...10 В, 0...5 мА, 0...20 мА, 4...20 мА;

- Макс. допустимый преобразованный трансформатором ток нагрузки на входах контроля 2 А;

- Напряжение низкого уровня на входе «блокировка» 0...+0,4 В;

- Напряжение высокого уровня на входе «блокировка» +2,4...+5 В.

Выходы

- Максимальный импульсный ток управления не более 300 мА;

- Амплитуда управляющих импульсов 12 В;

- Метод управления тиристорами фазовый или симисторами по числу полупериодов;

- Число используемых фаз 1...3.

Корпус

- Тип корпуса Н1;

- Габаритные размеры корпуса 145х105х55 мм;

- Степень защиты корпуса IP20.

Условия эксплуатации

- Температура окружающего воздуха +5...+50° С;

- Атмосферное давление 86...106,7 кПа;

- Относительная влажность воздуха (при +35 оС) не более 80 %.



Рисунок 12. Пример подключения ТРМ-10 к БУСТ

БУСТ может преобразовывать аналоговый сигнал в ФИМ-сигнал, что позволяет использовать его совместно с приборами ОВЕН, имеющими на выходе ЦАП «параметр-ток 4...20 мА». Например, для управления яркостью свечения инфракрасной лампы при сушке краски.

Напряжение 0...10 В

Ток 0...5 мА

Ток 0...20 мА или 4...20 мА

Переменный резистор 10 кОм

Рисунок 4.13 Схемы подключения управляющих устройств



Устройство, имеющее на выходе сигнал TTL-уровня

Транзистор n-p-n% типа с открытым коллектором

Кнопки, тумблеры, герконы, реле

Рисунок 4.14 Схемы подключения источников «блокировки»

Симистор

Два встречно включенных тиристора

Рисунок 4.15 Схемы подключения нагрузки



Рисунок 16 Схема подключения прибора



КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Пояснить принципы фазо-импульсного управления тиристорами

2. Принцип действия усилителя У-252

3. Какую функцию в усилителе У-252 выполняет цепь обратной связи?

4. Каким образом в усилителе У-252 осуществляется синхронизация работы генератора линейного напряжения?

5. Схема включения тиристоров в силовом блоке усилителя У-252

6. Назначение и возможности блока управления симисторами и тиристорами ОВЕН БУСТ

7. Какие устройства входят в состав канала управления тиристорами прибора БУСТ?

8. Назначение перемычек S1…S6 прибора БУСТ

9. Методы формирования сигналов управления тиристорами или симисторами

10. Назначение функции «блокировка» в приборе БУСТ

Размещено на allbest.ru

...