Тема: Общие сведения о системах управления

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ АППАРАТОВ.

ЛЕКЦИЯ 5.

Преобразователи постоянного тока.

Преобразователями постоянного тока называются преобразователи постоянного тока в постоянный. Преобразователи постоянного тока выполняют различные функции в системах электропитания: согласование уровней напряжения источника и потребителя электроэнергии, обеспечение гальванической развязки, повышение качества параметров и др. В электроприводе преобразователи постоянного тока часто выполняют функции регуляторов напряжения или тока.

Преобразователи постоянного тока в энергетике в основном используются в качестве промежуточных звеньев преобразователей других параметров. Поэтому, как правило, они создаются на относительно небольшие мощности и выполняют в системе вспомогательные функции. Более широкую область применения они находят в электроприводе постоянного тока. В настоящее время во всех преобразователях все силовые электронные ключи работают в импульсных режимах, что позволяет иметь высокий КПД преобразователя в целом.

Среди основных типов преобразователей постоянного тока различают:

- преобразователи с прямой передачей энергии в нагрузку;

- преобразователи с накоплением энергии в промежуточных элементах схемы с последующей передачей в нагрузку. Функции таких накопителей обычно выполняют индуктивные накопители (реакторы).

Контрольные вопросы:

1. Для чего предназначен преобразователь частоты?

2. Назовите два основных типа преобразователя частоты.

3. Для чего предназначены преобразователи постоянного тока?

РАЗДЕЛ 2.

В силовых электронных аппаратах и других устройствах принято различать силовую часть и систему управления (СУ). К силовой части относят электрические цепи и элементы, которые непосредственно участвуют в передаче электрической энергии от первичного источника к потребителю. Иногда эти цепи совместно с силовыми элементами называют главными, так как они определяют основные технико-экономические показатели устройства и, в первую очередь, его КПД. Силовая часть аппарата по существу является силовым исполнительным органом, определяющим главные функции аппарата. Например, силовая часть простейшего тиристорного реле постоянного тока (см. гл. 11) состоит из одного тиристора и электрических соединений, обеспечивающих его связь с коммутируемой электрической цепью.

Учитывая определяющее влияние силовой части на технико-экономические характеристики устройства в целом, ее изучению уделяется обычно основное внимание. Однако для функционирования силовых элементов схемы (транзисторов, тиристоров и других) необходимо подавать на них соответвующие сигналы управления. Эти сигналы формируются другой составной частью устройства – системой управления. В отличие от силовой части СУ в основном принимает, обрабатывает и выдает ин­формацию. Поэтому СУ состоит в основном из элементов и функциональных узлов, связанных с информационными потоками. При этом уровень потребляемой энергии обычно стремятся по возможности снизить.

Система управления силового электронного устройства обычно выполняет следующие функции:

- формирование сигналов управления силовыми элементами;

- регулирование выходных параметров;

- включение и отключение по заданному алгоритму;

- обмен информацией с внешней средой.

К системе управления относят также элементы и узлы, обеспечивающие текущий контроль состояния устройства в целом, диагностику отказов и уп­равление защитными устройствами.

На рис. 9.1 приведена обобщенная структура СУ. В структуре выделены некоторые функциональные блоки, характерные для СУ силовых электронных устройств.

Рис. 9.1. Обобщенная структурная схема системы управления электронного аппарата

Блок датчиков Д содержит датчики регулируемых и контролируемых параметров. Так как обычно регулируются выходные параметры, то часть датчиков непосредственно входит в обратную связь канала регулирования. Сигналы с этих датчиков поступают на регулятор PET, в функции которого входит формирование закона управления элементами силовой части. Блок ФИУ формирует импульсы управления, непосредственно поступающие на силовые элементы. По существу ФИУ является согласующим устройством между входами силовых приборов и выходом регулятора. Сигналы регуля­тора обычно являются маломощными и не отвечают требованиям, предъявляемым к импульсам управления силовых приборов (тиристоров, транзисторов и др.). Блок ФИУ называют также ” драйвером”.

Узлы СУ выполняются на различной элементной базе: дискретные и интегральные электронные компоненты, электромагнитные реле и др. Для функционирования этих элементов требуются источники электропитания. В составе структуры имеется блок вторичных источников питания для соб­ственных нужд, называемых также источниками оперативного питания ИОП. В ИОП используются различные виды преобразователей и регуляторов, согласующих параметры входного (иногда и выходно­го) напряжения силовых цепей с параметрами, требуемыми для питания элементов СУ.

При питании от сети переменного тока основой ИОП обычно служат маломощные трансформаторы с несколькими вторичными обмотками на разные напряжения. Эти обмотки подключаются к выпрямителям с выходными, обычно емкостными, фильтрами. Для стабилизации уровней выходных напряжений маломощных выпрямителей используют стабилитроны или транзисторные регуляторы непрерывного действия в дискретном или интегральном исполнениях. В целях улучшения массогабаритных показателей получила распространение структура ИОП с безтрансформаторным входом. В этой структуре переменное напряжение силовой цепи непосредственно поступает на выпрямитель, выходное напряжение которого преобразуется инвертором в переменное напряжение повышенной частоты (обычно 20 кГц). Затем это напряжение трансформируется, снова выпрямляется и фильтруется. Трансформация и фильтрация при повышенных частотах позволяют существенно уменьшить массу и габаритные размеры ИОП.

При питании ИОП от силовых цепей тока постоянное напряжение также инвертируется на повышенной частоте в переменное, затем трансформируется, выпрямляется и фильтруется.

Текущий контроль и диагностика устройства осуществляется блоком УКД, на вход которого поступают сигналы с датчиков контролируемых параметров.

Результаты контроля диагностики поступают на блок обработки информации ИНФ и затем с его выхода – на защитные устройства ЗУ. Блок ИНФ также в общем случае может связывать все устройство со внешней средой. Например, в него могут поступать сигналы команд на включение, выключение, изменение режима работы. Обычно эти сигналы обрабатываются или транслируются непосредственно в блок коммутационной аппаратуры КА. С другой стороны из блока обработки информации могут исходить сигналы о состоянии устройства, режиме его работы, информация о причине отключения или срабатывания защит и др.

Представленная на рисунке структура является обобщенной. В ней отражены характерные укрупненные функциональные блоки. В реальном аппарате значительная часть из них может отсутствовать или находиться в неявном конструктивном или функциональном виде. Обмен с внешней средой может осуществляться посредством тумблеров или кнопок, а о состоянии аппарата будут давать информацию обыкновенные сигнальные лампы накаливания. Однако, для того чтобы понять принцип действия аппарата, его функции и возможности, необходимо уметь представить структуру СУ и ее функциональные узлы. При этом функциональная законченность узла или блока не обязательно имеет отдельную конструкцию в виде отдельной платы, модуля и др.

Так как силовые электронные аппараты обычно выполняются на электронных ключах, по принципу действия их СУ являются дискретными или импульсными. Соответственно элементная база СУ часто сочетает элементы как цифровой, так и аналоговой техники, обрабатывающей непрерывные сигналы, например, тока или напряжения. Эти сигналы затем снова могут преобразовываться в импульсную форму

Дата добавления: 2014-01-11