СИСТЕМЫ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННО-РЕАКТИВНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Вспомогательные устройства систем частотного управления

Фазочувствительные схемы

Демодуляторы. Демодулятор является элементом, преобразую­щим поступающее на его вход переменное напряжение в постоян­ное напряжение. При этом величина и полярность выходного постоянного напряжения определяются соответственно амплитудой и фазой переменного напряжения на входе демодулятора по отно­шению к фазе напряжения его коммутации

Вспомогательные устройства систем частотного управления

Рис 41 Фазочувствительный выпрямитель выполненный по кольцевой схеме

Демодулятор без усиления сигнала по мощности называется фазочувствительным выпрямителем Такой демодулятор может быть выполнен на диодах, транзисторах и на сочетании диодов с тран­зисторами Демодулятор с усилением сигнала по мощности назы­вается фазочувствительным усилителем и может быть выполнен как на транзисторах, так и на сочетании транзисторов с диодами Рассмотрим оба вида демо­дуляторов — фазочувстви­тельные выпрямители и фазочувствительные усили­тели, которые использу­

ются при построении си­стем частотного управле­ния При анализе всех фазочувствительных уст­ройств будем считать,

что фазы коммутирующего напряжения и входного

напряжения либо совпа­дают, либо сдвинуты на 180° эл по отношению друг к Другу.

Фазочувствительные вы­прямители на диодах обыч­но выполняются по мостовой или кольцевой схеме [Л 40] Однако фазочувствительный выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, обладает низкой стабильностью из-за неидентичности характери­стик диодов. Это является существенным недостатком схемы при малых уровнях мощности В связи с этим такой вид фазочувстви - гельного выпрямителя в дальнейшем не рассматривается

Фазочувствительный выпрямитель, выполненный по кольцевой схеме (рис. 41), имеет значительно меньший кпд, чем фазочув­ствительный выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, вслед­ствие наличия добавочных сопротивлений, включенных последова­тельно с диодами В то же время благодаря наличию этих со противлений, обычно существенно больших по величине, чем сопротивление диода в прямом направлении, стабильность кольце­вой схемы значительно выше, чем мостовой Если использовать фа­зочувствительный выпрямитель, выполненный по кольцевой схеме в маломощных цепях, то заниженная величина коэффициента по­лезного действия не будет иметь существенного значения

Рассмотрим принцип действия фазочувствительного выпрями­теля, выполненного по кольцевой схеме

Будем считать, что мгновенные значения коммутирующего на­пряжения (У'к и UK (U'K = UK) в любой момент времени больше мгновенных значений напряжения входа Тогда при равенстве со­противлений плеч Г—г4 и отсутствии входного напряжения ток коммутации в один полупериод коммутирующего напряжения за­мыкается по цепи 8, 7, 6, 5, 10 через диоды Дь Ді и сопротивления Г], г г, а в другой полупериод — по цепи 10, 5, 4, 7, 8 через диоды Дз, Д4 и сопротивления Гз, г4

Вследствие того, что зажимы нагрузки RK в каждый полупе - риод коммутирующего напряжения подключены к эквипотенциальным точкам схемы, например для первого полупериода к точке 9 и к точке 6 через обмотку Wf2 входного трансформатора Тр1, напря­жение на ней отсутствует. При появлении на входе напряжения!^вх, полярность которого для первого полупериода условно обо­значена на рис. 41, ток коммутации будет замыкаться по цепи 8, 7, 6, 5, 10, т. е. через диоды Ди Д2 и сопротивления гь г2, а ток вход­ного сигнала —по цепи 1, 6, 5, 10, 9, 12, И, 2, создавая на сопро­тивлении нагрузки #н падение напряжения, пропорциональное ве­личине входного напряжения.

В следующий период мгновенные полярности входного и ком­мутирующего напряжений изменяются на противоположные, в ре­зультате чего ток входного сигнала будет протекать по цепи 3, 4, 7, 8, 9, 12, 11, 2, создавая падение напряжения на сопротив­лении нагрузки Яя, пропорциональное величине входного напряже­ния. Полярность напряжения на нагрузке сохраняет тот же знак что и в первый полупериод.

Проведя аналогичные рассуждения, можно заметить, что при изменении фазы входного напряжения на 180° (при сохранении той же фазы коммутирующего напряжения) полярность напряжения на нагрузке изменится на противоположную.

Анализ кольцевого фазочувствигельного выпрямителя показы­вает, что коэффициент передачи напряжения может быть записан в виде

Вспомогательные устройства систем частотного управления

где £ф — коэффициент формы кривой напряжения. Из этого выра­жения следует, что коэффициент передачи по напряжению зависит от отношения величины сопротивления, включенного последова­тельно с диодом, к величине сопротивления нагрузки.

Выбирая величину сопротивления г (r=ri—r2=r3=r4) малой по сравнению с нагрузкой, можно приблизить коэффициент передачи по напряжению к единице и повысить коэффициент полезного дей­ствия фазочувствительного выпрямителя. Однако мощность, затра­чиваемая на коммутацию, при этом резко-возрастает, следователь­но, величину отношения г/Rn целесообразно выбирать в зависи­мости от мощности источников коммутирующего или входного напряжения.

Как указывалось выше, основными недостатками фазочувстви­тельных выпрямителей, выполненных на диодах, являются низкий коэффициент передачи по напряжению и низкий к. п. д. Использо­вание транзисторов в качестве переключающих элементов в схемах фазочувствительных выпрямителей позволяет в значительной сте­пени устранить эти недостатки.

Наиболее распространенной схемой фазочувствительного вы­прямителя [Л. 46] на транзисторах является двухполупериодная схема (рис. 42) с недифференциальной нагрузкой, в которой ис­пользуются четыре транзистора, работающих в режиме переключе­ния. Схема состоит из двух ключей с симметричными вольт-ампер - ными характеристиками при разных полярностях входного напря­
жения. Первый ключ выполнен на транзисторах Ти Т2, второй — на транзисторах Т3, Г4. Коммутирующее напряжение UK подводится к транзисторным ключам от вторичных обмоток W2 и транс­форматора Тр2 через ограничивающие токи переходов база — эмит­тер сопротивления гб.

Вспомогательные устройства систем частотного управления

Рис. 42. Фазочувствительный выпрями­тель на четырех транзисторах.

При отсутствии входного напряжения напряжение на нагрузке практически равно нулю, если не учитывать небольшую величину напряжения небаланса, вызываемого коммутацией транзисторов, ко­торое, в свою очередь, можно снизить, применяя инверсное включение транзисторов в клю­чах. Если на входе фазочув­ствительного выпрямителя по­является напряжение, мгно­венная полярность которого для первого полупериода ус­ловно показана на рис. 42, то ток входного сигнала может протекать по цепи, куда вхо­дят открытые транзисторы 7Ь Г2, сопротивление нагрузки Rn и обмотка W2 входного транс­форматора Тр1.

В следующий полупериод мгновенная полярность вход­ного напряжения и напряжения коммутации изменится на противо­положную, вследствие чего ток входного сигнала будет протекать по цепи, в которую входят открытые транзисторы Г3, Г4, сопротивле­ние нагрузки и обмотка W2" входного трансформатора Tpt. Напря­жение тока в нагрузке будет таким же, как и в первый полупериод. При изменении фазы входного напряжения по отношению к фазе коммутирующего на 180° эл. полярность напряжения на нагрузке изменится на обратную.

При проектировании фазочувствительного выпрямителя, состоя­щего из двух транзисторных ключей с симметричными вольт-ампер - ными характеристиками, необходимо учитывать, что транзисторы в каждом ключе поочередно могут находиться либо в прямом, либо в инверсном включении в зависимости от соотношения фаз коммутирующего и входного напряжений. В этом случае для вы­прямления тока входного сигнала без его ограничения по величине (т. е. когда на транзисторах практически отсутствует падение на­пряжения) ДОЛЖНО ВЫПОЛНЯТЬСЯ условие: *к>?/мин1Вх, где гк — мгновенное значение тока коммутации; Р/мин—минимальное зна­чение коэффициента усиления по току в инверсном включении (находится в пределах 0,5—2); гвх— мгновенное значение вход­ного тока.

Фазочувствительные усилители на транзисторах могут быть классифицированы следующим образом:

а) по характеру нагрузки — с дифференциальной нагрузкой или с недифференциальной нагрузкой;

б) по виду выпрямления — с однополупериодным выпрямле­нием или с двухполупериодным выпрямлением;

в) по потреблению входного тока — с потреблением паразит­ного входного тока и без потребления паразитного входного тока.

Паразитным входным током называется ток, протекающий в цепи базы транзистора при запертой цепи коллектора (например, запертой при помощи диода). Величина этого тока значительно больше величины тока управления.

Наиболее совершенными схемами фазочувствительных усили­телей, пригодными для практического исследования, считаются двухполупериодные схемы без потребления паразитного входного тока. Схемы с двухполупериодным выпрямителем имеют ряд преи­муществ по сравнению с однополупериодными: улучшенную форму

Вспомогательные устройства систем частотного управления

Рис. 43 Фазочувствительный двухпо - лупериодный усилитель с недифферен­циальной нагрузкой.

кривой выходного напряжения, большие значения коэффициен­тов усиления по мощности Схемы фазочувствительных усилителей без потребления паразитного тока имеют значи­тельно большие коэффициенты усиления по мощности и луч­шую стабильность нуля.

Рассмотрим распростра­ненный вариант фазочувстви­тельного усилителя (рис. 43), выполненного по двухполупе- риодной схеме с недифферен­циальной нагрузкой без по­требления паразитного вход­ного тока

Предположим, что в первый полупериод действия коммутирую­щего напряжения на обмотках трансформаторов устанавливаются напряжения, мгновенные полярности которых обозначены на рис. 43. В этом случае транзистор Тх будет закрыт благодаря наличию положительного смещения на его базе, а транзистор Т2 открыт, так как на его базе имеется отрицательное смещение. Ток нагрузки в результате действия напряжения обмотки W2 трансформатора Тр2 замыкается по следующему пути, от общей точки вторичных обмоток W2 и W2 трансформатора Тр2, через сопротивление на­грузки Ян, диод Дь, транзистор Т2, диод Дъ к обмотке W"2 транс­форматора Тр2 (полярность напряжения на нагрузке указана на рис. 43).

В следующий период, когда фазы входного и питающего на­пряжений изменятся на противоположные, мгновенные полярности обмоток трансформаторов Тр1 и Тр2 также изменятся на проти­воположные, при этом открытым уже будет транзистор Т, а за­крытым Т2.

Путь тока нагрузки в результате действия напряжения обмотки W2 трансформатора Тр1 будет следующим - от общей точки вторич­ных обмоток W^ и W2 трансформатора Тр2 через сопротивление нагрузки Ян, диод Д3, транзистор Ти диод Д2 к обмотке W'2 При этом полярность напряжения на сопротивлении нагрузки сохранит­ся той же, что и в течение первого полупериода. Каждый транзи­стор в этой схеме оказывается проводящим только в течение од­ного полупериода питающего напряжения. Если фаза входного напряжения изменится на 180° эл по отношению к фазе напряжений питания, to, как нетрудно замеїить, полярность постоянного напряжения на нагрузке изменится на противоположную

В рассматриваемой схеме отсутствует паразитный входной ток, так как в течение одного полупериода один транзистор находится в состоянии, проводящем ток нагрузки, а другой — в запертом.

К недостаткам схемы следует отнести наличие нелинейного начального участка на характеристике вход—выход фазочувстви­тельного усилителя вследствие нелинейности начальных входных характеристик транзисторов. При работе фазочувствительного уси­лителя на индуктивно-омическую нагрузку напряжение на транзи­сторах может достигать двойной амплитуды напряжения обмотки

W2 или W 2 .

Модуляторы. Модуляторы служат для преобразования посто­янного или «медленно меняющегося» напряжения в переменное напряжение с амплитудой, пропорциональной мгновенному значе­нию постоянного напряжения. Фаза переменного напряжения моду­лятора определяется полярностью постоянного напряжения и изме­няется на і180° эл. при ее изменении на противоположную. Частота переменного напряжения модулятора задается частотой коммута­ции его переключающих элементов (транзисторов или диодов). Ча­стота коммутирующего напряжения выбирается такой, чтобы за время, равное ее периоду, изменение входного напряжения было незначительным. Практически частота коммутации должна минимум в 10—20 раз превышать частоту изменения полярности напряже­ния входного сигнала. Однако ввиду наличия переходных процес­сов при переключении коммутирующих элементов модулятора, вы­ражающихся в образовании коммутационных выбросов напряжения в нагрузке, повышать частоту выше нескольких килогерц нецеле - сообразно.

Модуляторы, так же как и демодуляторы, можно выполнить на полупроводниковых диодах, транзисторах, либо на сочетании дио­дов с транзисторами. Большинство схем демодуляторов являются обратимыми, т. е. они могут работать в качестве модуляторов. Так, например, демодуляторы, схемы которых изображены на рис 41, 42 и 43, могут быть использованы как модуляторы, если отключить сопротивление нагрузки RB и к зажимам, к которым оно подклю­чено, подать постоянное напряжение.

Модуляторы, выполненные на полупроводниковых диодах, на­пример по кольцевой схеме (рис. 41), обычно используются для преобразования на малых уровнях входного сигнала, поэтому ос­танавливаться на них не будем. Модуляторы, выполненные с ис­пользованием транзисторов, могут обеспечивать преобразование напряжения как малых (доли милливольт), так и больших входных сигналов. Величина последних определяется максимально допусти­мыми параметрами транзисторов.

Рассмотрим применяемую в дальнейшем упрощенную схему модулятора (рис. 44), в которой транзисторы работают в ключевом режиме. Модулятор состоит из двух транзисторов Т и Г2, двух трансформаторов — коммутирующего Тр1 и выходного Тр2 — и двух ограничивающих сопротивлений R'б и /?б.

Предположим, что в первый полупериод коммутирующего на­пряжения открыт транзистор Т2, а Тх заперт под действием напря­жения Uвх, полярность которого обозначена на рис. 44. В этом

Случае ток протекает через открытый транзистор Тч и обмотку W' транзистора Тр2. В следующий полупериод коммутирующего на­пряжения картина изменится на противоположную, т е будет от­крыт транзистор Ті и закрыт Т2, при этом ток будет протекать че­рез открытый транзистор Ті и обмотку Wi. В результате на об­мотках трансформатора Тр2 будет сформировано переменное напряжение, частота которого будет равна частоте коммутации транзисторов.

В рассматриваемой схеме напряжение между эмиттером и кол­лектором, как это следует из рис 44, на котором указаны мгновен­ные полярности обмоток для пепвого полупериода коммутирующего

Вспомогательные устройства систем частотного управления

напряжения, равно двойному значению входного напряжения. Сле­довательно, предельная величина преобразуемого напряжения не должна превышать половины предельно допустимого напряжения транзисторов, используемых в схеме. Этот модулятор может пре­образовывать напряжения постоянного тока обеих полярностей, подаваемые на его вход. Однако мгновенные значения входного напряжения, полярность которого противоположна указанной на рис. 44, не могут превышать мгновенных значений напряжения, приложенного к переходам база — эмиттер при запертом состоянии транзистора. В противном случае запертый транзистор будет от­крываться и режим преобразования нарушится.

СИСТЕМЫ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННО-РЕАКТИВНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ НАГРУЗКИ СИНХРОННЫХ МАШИН ПРИ ПЕРЕМЕННОЙ ЧАСТОТЕ

Большинство предложенных [Л. 64—70] в настоящее время уст­ройств для измерения углов нагрузки синхронных машин Qp при­годны к работе при изменении частоты и напряжения питания лишь в небольших пределах, а существующие …

Напряжения1

Рассмотренная в предыдущем параграфе система частотного управления, хотя и обеспечивает синусоидальную форму тока в цепи двигателя в области низких частот, но при литании управляемых выпрямителей от сети 50 гц ее …

Система частотного управления с преобразователем, обеспечивающим на выходе синусоидальную форму напряжения

Транзисторные преобразователи частоты для систем частотного управления могут быть изготовлены по аналогии с ионными или тиристорными путем преобразования переменного напряжения про­мышленной частоты в переменное напряжение пониженной частоты. Силовая часть преобразователей …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.