Управляемые выпрямители

3. УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ.

3.1 Тиристоры в управляемых выпрямителях.

В промышленном и транспортном электроприводе, в мощных электротермических и электротехнологических установках находят применение управляемые выпрямители (УВ), в которых в отличие от неуправляемых выпрямителей, имеется возможность изменения и регулирования параметров выходной энергии (напряжения, тока). Регулирование их выходного напряжения может выполняться различными способами: с помощью регулируемых трансформаторов, с помощью резистивных или емкостных делителей и с помощью управляемых вентилей – тиристоров. Последний способ в настоящее время используется наиболее широко.

Тиристоры – это управляемые полупроводниковые приборы диодного типа (рис.3.1.1), имеющие три p-n перехода. Крайняя P-область называется анодом, другая крайняя N-область – катодом, а вывод от одной из центральных областей называется управляющим электродом (УЭ). В зависимости от расположения УЭ тиристоры делятся на приборы с катодным управлением (рис. 3.1.1,а) и приборы с анодным управлением (рис. 3.1.1,в). ВАХ тиристора (рис. 3.1.2) отличается от ВАХ диода только в области прямых напряжений тем, что тиристор включается в проводящее состояние подачей тока Iу на управляющий электрод. Включение тиристоров в УВ «по аноду» подачей напряжения U>Uвкл нежелательно из-за возможного повреждения прибора. После включения УЭ теряет управляющие свойства и, следовательно, не в состоянии выключить прибор. Для выключения тиристора необходимо либо понизить ток до значения I<Iуд (рис.3.1.2), или
поменять полярность напряжений на аноде (рис.3.1.3). В УВ полярность этого напряжения меняется периодически с частотой питающей сети, что обеспечивает так называемое естественное запирание тиристоров.

Следует отметить, что тиристоры подвержены самопроизвольному включению при быстром изменении напряжения на аноде. Это явление, называемое «эффектом dU/dt», ограничивает допустимую скорость нарастания прямого напряжения значениями 20…100В/мкс. Другими параметрами тиристоров являются:

-  допустимое прямое Uвкл и обратное Uобр. доп. напряжения (рис.3.1.2), составляющие для разных типов тиристоров от 100 до 6000 В;

-  допустимый средний прямой ток Iпр. доп (у мощных тиристоров до 2000А);

-  амплитуда Iу, длительность tиу и скорость нарастания dIу/dt импульса тока управления;

-  времена включения tвкл и выключения tвыкл.

У современных тиристоров tвкл составляет единицы мкс, а tвыкл колеблется от 20 до 500мкс. Заметим, что только спустя tвыкл к тиристору можно повторно прикладывать прямое напряжение Uпр, иначе прибор самопроизвольно включается. Эквивалентная схема тиристора в области прямых напряжений не отличается от диодной (см. раздел 2.4), а статическая мощность потерь определяется по формуле (2.5.8) с учетом (2.5.5) и (2.5.6).

Для расчета мощности коммутационных потерь справедливо соотношение

, (3.1.1)

где UK, IK – коммутируемые напряжения и токи; TK – период коммутации.

Помимо основного типа тиристоров отечественные и зарубежные изготовители выпускают ряд разновидностей.

Симистор – это симметричный тиристор (рис. 3.1.4,а, б,в), предназначенный для коммутации в цепях переменного тока и заменяет собой цепь из двух встречно параллельно включенных тиристоров с общим электродом управления. Так симистор КУ208Г может коммутировать переменный ток до 10А при напряжении до 400В.

Запираемые (двухоперационные) тиристоры (рис. 3.1.4,г) позволяют отключать анодный ток подачей отрицательного импульса на управляющий электрод. Требуемая мощность запирающего управляющего импульса значительно выше мощности отпирающего импульса. Применение запираемых тиристоров в силовой электронике становится все более широким в диапазоне токов до 200А и напряжений до 1000В.

Фототиристоры и фотосимисторы (рис. 3.1.5,а) – это тиристоры и симисторы с фотоэлектронным управлением, в которых УЭ заменен инфракрасным светодиодом и фотоприемником со схемой управления. Основным достоинством таких приборов является гальваническая развязка цепи управления от силовой цепи. Они также могут использоваться для управления более мощными тиристорами или симисторами. Малое потребление цепи управления позволяет включать подобные приборы к выходу микропроцессоров и микро-ЭВМ (рис. 3.1.5,б) для цифрового регулирования тока в нагрузке RН, мощностью до 60 Вт, подключенной к сети переменного тока.

3.2 Структурная схема и принцип действия

управляемого выпрямителя.

Структурная схема УВ (рис. 3.2.1,а) отличается от структурной схемы неуправляемого выпрямителя (рис. 2.1.1) тем, что блок неуправляемых вентилей ВБ заменен на регулируемый вентильный блок (РВБ) и введена система управления (СУ), синхронизируемая напряжением сети.

Регулирование выпрямленного напряжения U0,a при помощи тиристоров основано на сдвиге момента включения управляемого вентиля по сравнению с началом работы неуправляемого вентиля (рис. 3.2.1, в). Соответствующий этому сдвигу угол называют углом включения a. Очевидно, что a можно регулировать в пределах положительной полуволны напряжения u1, т. е. 0≤α≤p. При этом, если тиристор включается при a=180°, то напряжение U0,a=0. Такой способ регулирования называется фазо-импульсным.

Способность УВ изменять выпрямленное напряжение оценивают по его регулировочной характеристике, представляющей собой зависимость среднего значения выпрямленного напряжения U0,α от угла включения.

Для общности результатов регулировочную характеристику U0,α=f(α) часто представляют в нормированном виде

, (3.2.1)

где - напряжение при угле включения, равном нулю (m2 ³ 2). Вид регулировочной характеристики зависит от ряда факторов: схемы выпрямителя, типа фильтра и характера загрузки и т. д.

УВ строятся по тем же принципам, что неуправляемые выпрямители (см. рис.2.2.1). В двухтактных УВ все вентили могут быть управляемыми (симметричная схема, рис. 3.2.2, в, д). С целью упрощения СУ и удешевления УВ можно применить несимметричные схемы (рис. 3.2.2,г), в которых одна группа вентилей (анодная или катодная) заменена на диоды. В УВ с индуктивной нагрузкой для улучшения энергетических характеристик вводится нулевой (ответвляющий) диод VD0 (рис. 3.2.2,б, д).

3.3 Управляемые выпрямители при работе на активную нагрузку.

Эквивалентные схемы тиристорных выпрямителей идентичны схемам замещения неуправляемых выпрямителей (см. схему на рис. 3.3.1,а и на рис. 2.4.1,б). Отличие состоит только в том, что неуправляемые вентили заменяются на управляемые – тиристоры. Сохраняется и методика анализа выпрямительных схем (раздел 2.5).

Многофазные УВ при малых углах включения работают в режиме непрерывного тока (рис. 3.3.1,б), а при больших углах(рис. 3.3.1,г) – в режиме прерывистого тока. Угол включения a, соответствующий границе режимов (рис. 3.3.1,в) непрерывного и прерывистого токов, называется критическим углом

(3.3.1)

У однофазных выпрямителей (рис. 3.3.2,а, б) aкр=0 и при a>0 они работают в режиме прерывистого тока. С учётом (2.5.2) и (3.2.1) нормированное уравнение и график регулировочной характеристики УВ при активной нагрузке имеют вид (рис. 3.3.3)

(3.3.2)

Следует отметить, что с увеличением угла включения a тиристора имеет место быстрый рост коэффициента пульсаций.

б)

 

a)

Рис. 3.3.1. Эквивалентная схема (а), и диаграммы (б, в,г), выпрямленного напряжения U0,a для трехфазной однотактной схемы с активной нагрузкой при различных значениях угла a включения тиристоров.

Рис. 3.3.3. Регулировочные характеристики выпрямителей при работе на активную нагрузку (а), влияние угла включения на коэффициент пульсации (б).

 

3.4 Управляемые однотактные выпрямители

с активно-индуктивной нагрузкой.

При составлении эквивалентной схемы (рис. 3.4.1,а) использовали предпосылки, изложенные ранее для неуправляемых выпрямителей с активно-индуктивной нагрузкой (раздел 2.6). Под действием ЭДС ток через вентиль протекает и тогда, когда фазная ЭДС вентильной обмотки трансформатора е2 изменила направление. Поэтому при углах включения тиристора a>aкр выпрямленное напряжение u’0,a на входе фильтра имеет участки отрицательного напряжения (рис.3.4.1,в). На этих участках нагрузка является источником энергии, т. е. возвращает ранее накопленную в индуктивности энергию обратно в

Рис. 2.4.1. Эквивалентная схема (а), волновые диаграммы напряжений U0,a и тока i0,a (б, в) регулировочная характеристика (г) и коэффициент пульсации Кп(1) (д) управляемого трехфазного одноактного выпрямителя при активно – индуктивной нагрузке. Режим непрерывного тока (pm2wl0 >>R0)

питающую сеть. Часть этой энергии теряется в активном сопротивлении R0. При достаточно большой индуктивности L0 (когда pm2wL0>>R0) ток i0,a нагрузки

Рис. 3.4.1. Эквивалентная схема(а), волновые диаграммы напряжений u0,a и тока i0,a (б, в), регулировочная хар-ка (г) и коэффициент пульсации (д), управляемого трехфазного однотактного выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке. Режим непрерывного тока .

непрерывен и ток через управляемый вентиль протекает всегда 1/m2 часть периода. В режиме непрерывного тока с учётом (2.5.2) и (3.2.1) уравнение и графики регулировочной характеристики при m2³2 и р=1 имеют вид (рис. 3.4.1,г)

U*0,a = Сosa (3.4.1)

Если запас энергии в магнитном поле индуктивности L0 недостаточен, то напряжение U0,a успевает упасть до нуля раньше, чем отпирается очередной тиристор (рис. 3.4.2,а). Поэтому регулировочная характеристика УВ становится более пологой и описывается уравнением:

(3.4.2)

где l - угол продолжительности тока вентиля, зависящий от отношения . Эффект коммутации за счет индуктивности рассеяния LS обмоток преобразовательного трансформатора как и в неуправляемом выпрямителе (см. раздел 2.8) уменьшает (рис. 3.4.2, б) на интервале угла коммутации g напряжение U0,a до значения .

При этом уменьшается также среднее значение выпрямленного напряжения.

(3.4.3)

Коэффициент пульсаций на входе фильтра определяется по формуле

(3.4.4)

За счет угла коммутации g коэффициент пульсаций дополнительно возрастает.

В управляемых выпрямителях при работе как на активную, так и на активно-индуктивную нагрузку угол a включения оказывает влияние на соотношение между активной и реактивной мощностями. Как можно видеть из рис. 3.4.1, б и в, импульс тока работающего вентиля смещен по фазе относительно фазной ЭДС на угол a (или на угол a+0.5g с учетом эффекта коммутации). Поэтому основная гармоника этого тока, а значит и фазный ток i1,1 выпрямителя (рис. 3.4.3, а), отстает относительно сетевого напряжения U1 на такой же угол (a+0.5g).В результате управляемый выпрямитель нагружает сеть реактивной мощностью как потребитель, обладающий коэффициентом фазового сдвига.

(3.4.5)

где PC и QC­ соответственно активная и реактивная мощность, потребляемая выпрямителем из сети.

В случае работы выпрямителя на индуктивную нагрузку для улучшения коэффициента фазового сдвига в схему включают нулевой или ответвляющий диод VD0 (рис. 3.2.2,б, д и рис. 3.4.4,а). Когда ЭДС е2 становится меньше нуля, то работающий тиристор закрывается и блокировочный диод VD0 открывается. При этом ток в дросселе L0 (совпадающий с током нагрузки i0,α) не прерывается и протекает по контуру L0-R0-VD0. При открывании следующего тиристора нулевой диод VD0 закрывается. Заштрихованные участки кривой тока i0,α (рис. 3.4.4,в) соответствуют току iV0 нулевого диода.

а)

б)

в)

 

За счёт нулевого диода в кривой u0,a (рис.3.4.4 б) исчезают отрицательные площадки и поэтому регулировочная характеристика и зависимость коэффициента пульсации от угла a становятся такими же, как и при активной нагрузке (см. раздел 3.8).

Нулевой диод улучшает также коэффициент сдвига фазы до значения .

Контрольные вопросы.

1.  Устройство, вольтамперная характеристика и принцип действия тиристора.

2.  Разновидности тиристоров и их характеристики.

3.  Объяснить осциллограммы u’0,a и i0,a при разных видах нагрузки и a=0 ; a=60 электрических градусов в трёхфазном управляемом выпрямителе (m3=3 ; p=1).

4.  Какие факторы определяют значение коэффициента мощности управляемого выпрямителя.

5.  Почему коэффициент мощности управляемого выпрямителя ниже, чем у неуправляемого.

6.  Как влияет ответвляющий диод на составляющие полной мощности УВ и почему.

3.5 Управляемые двухтактные выпрямители.

Трёхфазная двухтактная (мостовая) схема выпрямления (неуправляемая или управляемая) может быть представлена последовательным соединением двух однотактных схем, питаемых от одной группы вентильных обмоток трансформатора (см. раздел 2.5, рис.3.5.1а). Как и в однотактном УВ возможны режимы непрерывного и прерывистого тока (рис.3.5.1,б, в), причём критический угол включения равен

(3.5.1)

Уравнение регулировочной характеристики в нормированной форме для схемы (рис.3.5.1,а)

при 0£a£aкр. и при a>aкр. (3.5.2)

Частота пульсаций fп(1) основой гармоники выпрямленного напряжения, как и в неуправляемом

б)
Рис. 3.5.1. Эквивалентная схема трехфазного двутактного симметричного УВ (а) графики (б) напряжений и и график выпрямленного напряжения (в) для углов регулиро­вания , , , график (г) зависимости .

г))

в)

 

г)

в)

Рис. 3.5.2. Эквивалентная схема трехфазного двухтактного несимметричного УВ (а), графики (б) напряжений и , график выпрямленного напряжения (в) для углов регулирования ,, , график (г) зависимости .

выпрямителе, равна m2pf1=6f1 (рис.3.5.1,в). Зависимость (рис.3.5.1,г) коэффициента пульсаций Кп(1) от угла регулирования α свидетельствуют о быстром росте Кп(1) с увеличением a. Для однофазной двухтактной схемы УВ уравнение регулировочной характеристики

, при αкр=0 (3.5.3)

При индуктивной реакции нагрузки (pm2wL0>>R0) уравнение регулировочной характеристики в нормированной форме для симметричных двухтактных выпрямителей описывается уравнением (3.4.1).

Несимметричный мостовой выпрямитель (рис. 3.5.2,а) характеризуется тем, что пульсации выпрямленного напряжения при a>0 имеют частоту основной гармоники, равную 3f, что видно из осциллограмм (рис. 3.5.2,в.) Уменьшение частоты пульсации приводит к необходимости применения более мощных фильтров. Зависимости коэффициента пульсации (рис. 3.5.2,г) от угла регулирования для основной (3f) и второй (6f) гармоник свидетельствуют о более медленном росте Кп(2) в сравнении с ростом Кп(1). Уравнение регулировочной характеристики в нормированном виде для схем рис. 3.5.2,а и рис. 3.2.2,г при активном или индуктивном характере нагрузки описывается выражением (3.5.3). По сравнению с симметричным двухтактным трёхфазным УВ несимметричный двухтактный УВ потребляет от питающей сети ток, содержащий как нечётные, так и чётные гармоники. Это приводит к ухудшению мощности искажений.

Преимуществом несимметричного двухтактного УВ является меньшее значение потребляемой из сети реактивной QS мощности.

Контрольные вопросы:

1.  Объяснить осциллограммы u’0,a и i0,a при разных видах нагрузки и a=0, a=60 электрических градусов в трёхфазном симметричном и несимметричном двухтактном выпрямителе.

2.  Какие достоинства и недостатки у несимметричных схем управляемых тиристорных выпрямителей.

3.  Уравнения регулировочных характеристик трёхфазных симметричных и несимметричных УВ при различных характерах нагрузки.

3.6 Повышение коэффициента мощности управляемых выпрямителей

Для УВ средней и большой мощности характерен режим, когда потребляемый ими ток i1 (рис. 3.4.3,б) несинусоидален, а его первая (основная) гармоника i1,1 смещена относительно фазного напряжения сети u1 на угол j

j=(a+0,5g) (3.6.1)

Это приводит к наличию в УВ помимо активной (полезной) мощности

РС=U1·I1,1·cosφ, (3.6.2)

еще и реактивной мощности

QС=U1·I1,1·sinj, (3.6.3)

а так же так называемой мощности искажений

, (3.6.4)

которая создаётся высшими гармоническими составляющими тока i1. Их удельный вес характеризуют коэффициентом искажения тока

(3.6.5)

где I1,1 – действующее значение первой (основной) гармоники тока i1, а I1 – действующее значение самого тока.

Полная (вольтамперная) мощность УВ

(3.6.6)

Из трёх составляющих этой мощности лишь активная мощность является полезной. Поэтому отношение РС/SC характеризует УВ как сетевую нагрузку и называется коэффициентом мощности КМ. Воспользовавшись уравнениями (3.6.2), (3.6.5), (3.6.6), получим уравнение

КМ=КИ·cosj (3.6.7)

в виде произведения коэффициента искажений тока i1 на коэффициент фазового сдвига последнего относительно напряжения U1. Низкие значения КМ из-за сильно искаженной формы тока i1, либо вследствие большого значения угла регулирования a требуют увеличения установленной мощности сети, в том числе трансформаторного оборудования, роста сечения проводов и повышения прочности изоляции. Поэтому стандарт IEC-555 МЭК (Международной Электротехнической Комиссии) ограничивает значение КМ электрооборудования, потребляющего из сети мощность более 300 Вт и имеющего выпрямитель (электробытовые приборы, компьютеры, электронное оборудование, источники питания, электроприводы). Вступающий в действие новый стандарт МЭК IEC ужесточает требования к нормам на коэффициент мощности КМ потребителей энергии и изделий, выходящих на мировой рынок. В связи с этим задача улучшения качества мощности, потребляемой УВ из сети, становится важной для разработчиков электропитающих устройств промышленного оборудования.

Для уменьшения реактивной мощности QS находят применение схемы с ответвляющим (нулевым) диодом (см. раздел 3.4), основным недостатком этих схем является повышение ТС за счёт увеличения искажениё формы тока i2.

Другими способами уменьшения QС и ТС является установка силовых конденсаторов на входе УВ (рис.3.6.2,а), или

применение фильтрокомпенсирующих устройств (рис. 3.6.1) в виде системы многофазных колебательных контуров, настроенных в резонанс напряжения на частоты наиболее интенсивных гармоник тока i1 (5-ю,7-ю, 11-ю и др.)

Указанные меры лишь частично позволяют улучшить КМ, поэтому регулирование напряжения УВ фазоимпульсным методом на практике осуществляется в сравнительно узких пределах и сочетается с другими методами, в том числе с регулированием напряжения переключением ступеней преобразовательного трансформатора и с применением вольтдобавочных схем.

В ступенчато-управляемых выпрямителях (рис. 3.6.2,б) используются контактные (реле) или бесконтактные (симисторы) устройства, подключающие управляемые вентили к различному числу витков вентильных обмоток преобразовательного трансформатора (при глубоком регулировании уменьшается amax и, следовательно, уменьшаются QС и ТС).

В схемах с вольтдобавкой (рис. 3.6.2,в) минимальное напряжение на выходе обеспечивается неуправляемым выпрямителем на диодах VD1, VD2, а повышенное напряжение достигается включением тиристоров.

В последнее время в УВ находит применение широтно-импульсный метод (ШИМ) регулирования напряжения, основанный на применении полностью управляемых (запираемых) тиристоров. При ШИМ - управлении осуществляется многократное включение и отключение тиристоров в течение полупериода питающего напряжения с постоянной частотой f, значительно (и в целое число раз) превышающей частоту f1 сетевого напряжения.

Выходное напряжение u0,f состоит в этом случае из высокочастотных импульсов (рис.3.6.2,г) регулируемой длительности Ти, а нормированная регулировочная характе-ристика УВ определяется их скважностью

(3.6.8)

где - период повторяемости, причём g принимает значения от 0 до 1.

Контрольные вопросы.

1.  Почему в управляемых выпрямителях полная Sc мощность превышает мощность Pн нагрузки.

2.  Что такое коэффициент мощности УВ. К каким издержкам приводит работа с низким коэффициентом мощности.

3.  Объяснить работу однофазного выпрямителя с нулевым диодом. Почему введение нулевого диода повышает коэффициент мощности.

4.  Объяснить принцип действия сетевых фильтрокомпенсирующих устройств.

5.  Как изменится мощность искажения Тс, если индук-тивность дросселя фильтра в УВ станет равной нулю.

3.7 Системы управления выпрямителями.

В состав УВ помимо силовой части (рис.3.7.1) входит ещё система управления (СУ),основными функциями которой являются: 1)определение моментов отпирания тиристоров в зависимости от управляющего сигнала Uупр.; 2)распределение сигналов отпирания по фазам для создания симметрии тока в нагрузке ZН; 3)формирование управляющих импульсов необходимой длительности, амплитуды и формы для надёжного включения тиристоров по управляющим электродам последних;

4)осуществление пуска, остановки УВ и защиты от несанкционированных режимов работы. УВ также может иметь контур обратной связи (КОС), на вход которого поступает выходной параметр УВ (напряжение, ток, мощность) для его стабилизации или точного регулирования с помощью СУ.

Системы управления, в которых можно регулировать фазу управляющих импульсов называют ФАЗОИМПУЛЬСНЫМИ. Если угол подачи управляющего импульса отсчитывается от определённой фазы напряжения питающей сети, то такие СУ называют СИНХРОННЫМИ. При АСИНХРОННОМ фазоимпульсном управлении угол подачи управляющего импульса отсчитывают от момента подачи предыдущего импульса управления.

Наиболее распространена структурная схема СУ углом включения тиристора (рис.3.7.2,а), использующая вертикальный метод управления. Схема синхронизации СС, вырабатывающая сигналы Uс (рис.3.7.2,б), подключается к питающей сети m1,f1,U1 и обеспечивает синхронизацию частоты следования импульсов управления Uуэ с частотой питающей сети (или частотой следования моментов естественной коммутации кривых выпрямленного напряжения).

Фазосмещающее устройство ФСУ под действием напряжения управления Uупр, проходящего через усилитель УС, производит изменение угла a включения тиристоров в нужных пределах (рис.3.7.2,б). При вертикальном методе управления ФСУ содержит генератор развёртки ГР (чаще всего генератор пилообразного напряжения) и компаратор К. ГР может быть выполнен по схеме с диодным коммутатором, на транзисторе, на интегральном операционном усилителе с конденсатором в цепи обратной связи и т. п. Компаратор может выполнятся на однопереходном транзисторе, триггере Шмидта, операционном усилителе, логическом элементе и т. п.

Формирователь управляющих импульсов ФУИ служит для выработки сигналов управления тиристоров с требуемыми параметрами. ФУИ подразделяют на транзисторные, тиристорные и оптронные. Некоторые схемы управления углом включения тиристора рассмотрены в /5/.

Цифровая система управления углом a включения тиристора вырабатывает в цифровой форме код фазы управляющих импульсов и преобразует его в фазу импульсов управления. В цифровом фазосмещающем устройстве на рис.3.7.3,а управляющий четырёхразрядный код Ку принимает 16 значений от 0000 до 1111 и подаётся в параллельном виде на цифровую схему сравнения ЦСС.

Опорный сигнал также представляется в виде кода K0п и формируется вычитающим счетчиком СТ, ко входу «-1» которого подключен мультивибратор МВ, вырабатывающий прямоугольные импульсы с частотой fмв=32fсети. Начало формирования опорного кода (рис. 3.7.3,б) соответствует моменту естественной коммутации вентилей УВ. Момент поразрядного равенства Ку и K0п фиксируется ЦСС и

Рис. 3.7.2 Структурная схема СУ по вертикальному методу управления (а), временные диаграммы (б)

соответствует углу управления a. При этом на выходе ЦСС формируется логический сигнал 0. Он поступает на выходной формирователь СУ и после усиления подается на управляющий электрод тиристора. Переход к цифровой форме управления
позволяет повысить точность, помехозащищенность и

коп

быстродействие систем управления.

Наиболее эффективным способом улучшения СУ является применение в нем микропроцессоров (программно-управляемых устройств для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки, выполненных по технологии больших интегральных схем и размещенных на миниатюрном кремниевом кристалле площадью около 30 мм2). Благодаря малым размерам микропроцессор легко встраивается в СУ (рис. 3.7.4), возможности которой в результате существенно расширяются. АЦП1 и АЦП2 преобразуют аналоговые (непрерывные во времени) сигналы задатчика Uзад и обратной связи U­ос в цифровые коды Ni(Uзад) и Ni(Uoc) соответственно.

Последние пересылаются с выходов АЦП в МПК в дискретные моменты времени 0, Т, 2Т, 3Т,..., задаваемые таймером. По цифровым кодам, представляющим текущие значения Uoc и Uзад, МКТ рассчитывает (в соответствии с алгоритмом управления и реализующей его программы) сигналы управляющего воздействия и выдаёт их в цифровом виде Ni(Uупр) через выходной порт в ВФИ, активизируя его работу в нужные моменты времени для управления СЧ с целью получения выходного напряжения Uo, a с необходимыми параметрами. Основными достоинствами микропроцессорного управления являются гибкость и универсальность, возможность перестройки алгоритма управления путём изменения обрабатывающей программы, расширение функций СУ, технологичность, высокая надёжность, ремонто­

пригодность.

Мощность сигнала с выхода ФСУ (аналогового, цифрового или микропроцессорного) обычно невелика. ВФИ обеспечивают усиление и формирование импульсов управления по форме, амплитуде и длительности перед их подачей на УЭ тиристора (рис. 3.7.5,а). Диаграмма управления последнего (рис. 3.7.5,д) имеет область гарантированного отпирания, расположенную между граничными кривыми «А» и «В». На диаграмме проводятся линии максимально допустимых значений напряжения Uуэ, доп и тока Iуэ, доп, а также кривая допустимой средней мощности потерь на управляющем электроде. При импульсном управлении допустимая импульсная мощность определяется по формуле:

(3.7.1)

Если длительность управляющих импульсов t­и<50мкс, то максимальное значение тока УЭ необходимо увеличить (рис. 3.7.5,в). Оптимальный по форме управляющий импульс (рис. 3.7.5,а) имеет крутой (крутизна нарастания тока

0,2...2,0 А/мкс), короткий (£0,1мс) пик с максимальным значением (–максимальное значение импульса, вырабатываемого ВФИ) и предназначен для чёткого включения тиристора VS. Следующий за пиком пьедестал (его ширина определяется значениями угла коммутации g и тока удержания тиристора) обеспечивает гарантированное открывание тиристора в УВ большой и средней мощности. Для улучшения устойчивости тиристора к самоотпиранию на УЭ подают отрицательное смещение величиной (0,5...2,5)В. Несимметрия управляющих импульсов по фазе не должна превышать (1,5...2,5) эл. градусов.

Необходимая длительность управляющих импульсов во многом зависит от схемы выпрямления и характера нагрузки. Так в трёхфазном двухтактном УВ в режиме прерывистых токов необходимы широкие управляющие импульсы, длительностью более 60 электрических градусов, либо сдвоенные узкие импульсы со сдвигом 60 электрических градусов. В УВ, предназначенных для работы на якорь двигателя постоянного тока, применяют сдвоенные узкие импульсы длительностью 7...10 электрических градусов (400...550мкс), а в УВ, предназначенных для работы на обмотки возбуждения электрических машин (постоянного тока или синхронных) – широкие импульсы длительностью 70...120 электрических градусов (3,9...6,6мс).