Регулирование напряжения тиристорных преобразовате­лей (ТП) осуществляется путем изменения угла открывания тиристоров а. С этой целью каждый ТП оснащается системой управления, которая обеспечивает формирование управляю­щих импульсов, а также сдвиг этих импульсов по фазе отно­сительно анодного напряжения тиристоров. Такие системы управления называют импульсно-фазовыми.

Системы импульсно-фазового управления тиристорными преобразователями (СИФУ) должны удовлетворять ряду спе­цифических требований, которые можно разделить на две

группы:

1. Требования, относящиеся к управляющему им­пульсу.

2. Требования, обусловленные схемой выпрямления и ис­пользуемыми режимами ТП.

Для надежного открывания тиристора на его управляю­щий электрод нужно подать импульс определенной полярно­сти и длительности. Для надежного открывания любого тири­стора данной серии применяемая СИФУ должна обеспечить гок и напряжение управления, превышающие наибольший ток и напряжение управления, указываемые для тиристоров данной серии. Кроме того, мощность потерь, выделяющихся в цепи управляющий электрод — катод, также ограничивается максимально допустимым значением.

Минимальная длительность управляющего импульса долж­на быть больше времени включения тиристора, а за время существования импульса ток в анодной цепи тиристора дол­жен успеть вырасти до уровня тока удержания.

Крутизна переднего фронта напряжения управляющего импульса должна быть достаточной для обеспечения быстро­го нарастания тока управления, четкого отпирания тиристора и уменьшения потерь при включении. При малой крутизне из-за различия параметров цепей управления тиристоров в многофазных схемах может появиться асимметрия выпрям­ленного напряжения.

Особенно высоки требования к крутизне управляющих импульсов при последовательном и параллельном соединении тиристоров, так как недостаточная крутизна приводит к их неодновременному открыванию. При параллельном соедине­нии это приводит к кратковременной перегрузке тиристора, который открывается раньше, а при последовательном соеди­нении все анодное напряжение может быть приложено к ти­ристору, открывающемуся последним, В обоих случаях неод­новременное открывание тиристоров может привести к вы­ходу их из строя.

Обычно управляющий импульс формируется с крутизной переднего фронта 0,2 — 2 А/мкс. При последовательном и па­раллельном соединении тиристоров крутизну следует выби­рать ближе к верхнему пределу.

Необходимый максимальный диапазон регулирования угла а для ТП, работающего как в выпрямительном, так и ин­верторном режимах, теоретически составляет 180°. Однако максимальный угол регулирования из-за возможности опро­кидывания инвертора ограничивается 150— 160°.

Под опрокидыванием инвертора понимают аварийный процесс нарастания тока, связанный с нарушением правиль­ной коммутации тока с одного полупроводникового прибора на другой.

СИФУ должна обеспечивать симметрию управляющих им­пульсов по фазам. Асимметрия вызывает неравномерную нагрузку тиристоров из-за различной продолжительности их работы и приводит к ухудшению условий работы питающего трансформатора и сглаживающего дросселя. Допустимая ве­личина асимметрии управляющих импульсов не более 3°.

Быстродействие системы управления ТП является одним из важнейших ее показателей. С целью достижения макси­мального быстродействия преобразователя СИФУ выполня­ются практически безынерционными.

Наиболее распространенными являются многоканальные синхронные системы управления ТП, построенные по «вер­тикальному» принципу. В синхронных СИФУ отсчет угла а выполняется от моментов естественного отпирания для каж­дого плеча моста (или для каждой пары противофазных плеч). Синхронизация с питающей сетью заключается в том, что управляющие импульсы для каждого тиристора ТП генери­руются в диапазоне, жестко связанном с периодичностью повторения анодного напряжения.

Особенностью многоканальных СИФУ является то, что формирование и фазовый сдвиг импульсов осуществляется в отдельном канале для каждого вентильного плеча многофаз­ного ТП.

Функциональная схема одного канала СИФУ показана на рис. 5.23, Каждый канал, как правило, содержит фазодви - гающееся устройство ФСУ и формирователь импульсов ФИ. Фазосдвигающее устройство, в свою очередь, содержит уст­ройство синхронизации с сетью С, генератор развертки ГР и пороговое устройство (нуль-орган) НО. На вход НО подается кроме опорного напряжения [/оп сигнал управления ТП UT В общем случае напряжение Uy может подаваться через спе­циальное входное устройство, осуществляющее согласование параметров сигнала управления ТП со входом СИФУ,

В момент равенства опорного напряжения Uou и напряже­ния управления Uy пороговое устройство переключается и формирователь импульсов ФИ в этот же момент времени вы­дает управляющий импульс. Все перечисленные элементы могут иметь различное исполнение и отличаться по принципу работы.

В СИФУ используют два вида опорных напряжений: ли­нейно изменяющееся во времени и косинусоидальное. В по - (леднем случае при соответствующей фазировке напряжения развертки относительно моментов естественной коммутации і иристоров результирующая регулировочная характеристика ГП получается линейной Ud = KUT

В многофазных системах число каналов СИФУ соответст - пует числу фаз ТП. Работа каждого канала синхронизируется с соответствующей фазой напряжения сети.

Для обеспечения симметрии работы системы управления узел введения сигнала управления ТП Uy выполняется общим для всех каналов,

Достоинством многоканальных СИФУ является простота структурной схсмы.

Основной недостаток — необходимость подстройки кана­лов с целью их симметрирования. Асимметрия импульсов по каналам Да на практике составляет 2 — 3°. Недостатком также являются повышенные аппаратурные затраты, увеличиваю­щиеся пропорционально числу каналов.

При «горизонтальном» принципе управления фазовый сдвиг управляющего импульса достигается использованием фазовращающих устройств. Этот принцип управления широ­ко использовался на ранней стадии развития силовых стати­ческих преобразователей, а затем утратил свое значение. Од­нако к нему начинают возвращаться при создании цифровых систем управления.

Для формирования СИФУ в настоящее время широко ис­пользуются серийно выпускаемые интегральные микросхемы общего применения (например, операционные усилители се­рии К553УД2, логические интегральные микросхемы серии К511, гибридные интегральные микросхемы и др. Ведутся работы по созданию специальных микросхем, реализующих в одном корпусе отдельные узлы или полный канал системы управления, а также по применению микропроцессорной техники для управления преобразователями.

Основной элементной базой для построения преобразова­телей частоты современных частотно-регулируемых электро­приводов малой и средней мощности являются IGB транзи­сторы. Усилитель импульсов управления, который формирует выходные сигналы требуемой мощности и формы для управ­ления IGB транзисторами и изготовленный в виде отдельной интегральной схемы, называется драйвером.

Драйвер (рис. 5.24) содержит выходной узел I, принимаю­щий сигнал информационного канала; узел согласования II, преобразующий информационный сигнал в сигнал управле­ния необходимого уровня; выходной узел III, осуществляю­щий окончательное формирование импульса управления тре­буемой мощности и формы. Дополнительно на драйвер могут быть возложены функции защиты силового ключа от пере­грузки или слежения за уровнем напряжения питания мик­росхемы.

В зависимости от применяемого вида гальванической раз­вязки входной узел представляет собой фотоприемное уст­ройство оптронной пары, как это показано на рис. 5.24, либо логическую схему, передающую информационный сигнал в узел высокочастотной трансформаторной системы разделе-

ния цепей. Узел согласования представляет собой один или несколько ключевых транзисторов, преобразующих уровень информационного сигнала. Основные требования к узлу со­гласования — высокий коэффициент усиления по току и по­вышенное быстродействие.

Входные узлы и узлы согласования драйверов IGB транзи­сторов строятся по идентичным схемам. Схема построения выходного узла зависит от схемы цепи управления силового ключа и временных параметров режима его управления.

Модули IGBT на токи до 600 А реализуются с включенным в структуру драйвером, свыше 600 А — драйвер поставляется отдельно.