Управление тиристорным преобразователем

02.10.2011

Разработка и модернизация систем управления тиристорными преобразователями (ТП) представляют собой очень важные вопросы для многих отраслей экономики, включая металлургию, целлюлозно-бумажную промышленность, гальванику, электротранспорт. Это связано с массовым переходом потребителей с устаревших устройств на современную технику, оснащенную микропроцессорными контроллерами. Подобное оборудование отличается более высокой надежностью, точностью характеристик и возможностью интеграции в системы автоматизации производства.

Особенности управления ТП

С точки зрения управления, тиристорный преобразователь является достаточно сложным устройством. Он требует соблюдения очень жестких требований по точности, частоте, продолжительности формирования импульсов. При этом должна обеспечиваться синхронизация с сетью электропитания переменного тока, что представляет собой непростую задачу, в случае, например, низкого качества и стабильности входного напряжения. Также необходимо реализовать схемы, которые защитят силовой блок преобразователя от различных аварийных процессов.

Кроме того, преобразователи напряжения широко используются для повышения энергоэффективности управления электроприводами. Для этого они должны обеспечивать мягкий запуск и рациональные энергетические режимы работы исполнительных устройств. Система управления должна оснащаться комплексом средств, которые обеспечивают удобство работы, контроля, диагностики и анализа неисправностей. Также необходимо, чтобы управляющая схема обладала функциональной и конструктивной завершенностью для возможности быстрой и удобной интеграции как в новые, так и уже эксплуатируемые электроприводы.

Для эффективного решения задач по управлению тиристорными преобразователями используются микроконтроллеры с цифровой системой импульсно-фазового управления (СИФУ).

Принцип работы СИФУ

Система импульсно-фазового управления тиристорными преобразователями состоит из следующих основных элементов:

  • блок синхронизации;
  • аналогово-цифровой преобразователь;
  • таймер отбивки фазы.

Блок синхронизации выделяет момент начала отчета в плюсовой или минусовой полуволне фазного напряжения и дает команду начинать отбивку интервала отсчета фазы, которая необходима для смещения управляющих импульсов. Необходимый уровень выходного постоянного напряжения зависит от кода оцифровки на входе аналогово-цифрового преобразователя. Далее сигнал подается на входы реверсивного таймера отбивки фазы. В этом счетчике происходит формирование импульса управления тиристорным преобразователем. Поскольку длительность управляющего сигнала очень мала, силовые ключи, в некоторых случаях, могут не отрыться. Чтобы избежать этого, используются специальные блоки формирования импульса. Они обеспечивают расширение сигнала и согласовывают его мощность с параметрами элемента управления.

Если нужно управлять реверсивным электроприводом, в схему добавляется блок логики. Он выполняет контроль группы вентилей, которые обеспечивают различные режимы работы привода — движение, торможение, реверс. Также блок логики отслеживает величины регулируемых параметров. Это позволяет блокировать подачу импульсов на силовые ключи, если они превышают допустимые значения.

Требования к СИФУ

Системы импульсно-фазового управления тиристорными преобразователями должны генерировать строго симметричные по фазе управляющие импульсы. Асимметрия сигналов приводит к неравномерной нагрузке силовых ключей вследствие разной продолжительности их работы. Это, в свою очередь, вызывает нарушение условий нормального функционирования питающего трансформатора и дросселя.

Еще одним важным требованием к управляющей системе является ее быстродействие. Для обеспечения высокой скорости работы устройства выполняются практически безынерционными. Быстродействие современных микропроцессоров составляет до нескольких наносекунд. При этом минимальная длительность импульса должна превышать время включения вентиля. Причем за время существования импульсного сигнала нужно, чтобы электроток в анодной цепи тиристора смог вырасти до значения тока удержания.

Выбор контроллера для управления тиристорами

При выборе драйвера для управления тиристорными преобразователями нужно руководствоваться такими параметрами, как максимальное входное напряжение, выходной ток, ток управления, напряжение изоляции. Также контроллер может обеспечивать следующие режимы работы:

  • Снижение тока заряда конденсаторов, расположенных после выпрямительного моста. Это снижает риск срабатывания защитных устройств и выхода конденсаторов из строя при больших пусковых токах.
  • Регулировка напряжения шины электропитания.
  • Программирование характеристик нарастания напряжения.
  • Возможность подключения к одно- и трехфазной электросети.
  • Защита от КЗ по шине питания.
  • Генерирование сигнала неисправности.

Программное обеспечение

Структура ПО системы импульсно-фазового управления тиристорными преобразователями может включать три основных уровня:

  1. Уровень прерываний. Приложения, которые действуют на этом участке, обеспечивают синхронизацию с сетью питания, реализуют алгоритмы непосредственного управления ТП, поддерживают обмен информацией через интерфейсы.
  2. Уровень фоновых задач. В этом случае программы необходимы для выполнения сервисных функций, а также для подготовки данных, участвующих в сетевом обмене.
  3. Уровень системных драйверов. Работающее на этом уровне ПО призвано обеспечивать взаимодействие между программными и аппаратными средствами (аналого-цифровым преобразователем, цифрово-аналоговым преобразователем, таймерами, портом ввода-вывода и пр.).

Программирование контроллеров может осуществляться с переключением программных переключателей в определенное положение. Также многие устройства поддерживают программирование в режиме реального времени с помощью персонального компьютера с установленными специальными приложениями.

Итоги

В статье были описаны основные особенности систем управления тиристорными преобразователями, рассмотрена специфика работы аппаратных и программных средств СИФУ.