ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Описание к ИЛn72-018-01

Результат выполнения научно-исследовательской работы

Применяемые для защиты преобразователей от перегрузок и КЗ устройства должны обладать быстродействием, чувствительностью, помехозащищённостью и селективностью.

Принцип построения системы управления и защиты полупроводниковых преобразователей, рассмотрим по структурной схеме (рис.1, а) на примере сварочного трансформатора (СТ) с регулированием напряжения на первичной обмотке. В её состав входят блоки - силовой, управления и защиты.

Схема управления СТ состоит из: В - выпрямителя-синхронизатора, являющегося одновременно источником питания Е _К ШИМ - широтно-импульсного модулятора, ВУ - выходного устройства (импульсного трансформатора), управляющего работой тиристоров СТ, задатчика ЗН линейно - нарастающего напряжения управленияu _y- потенциометраrp1 и блока интегрирующей цепи БИЦ (ЗН показан пунктиром).

Блок токоограничения, предназначенный для защиты силовых управляемых ключей от перегрузок по току и для придания ВНХu _h=f(i _h) требуемой формы, включает в себя датчик тока ДТ, пороговый элемент ПЭ, состоящий из стабилитрона и транзистора, и два нелинейных элемента НЭ1 и НЭ2, управляющих работой ключейs1 иs2.

Датчик тока - любой измерительный преобразователь тока в напряжение, пропорциональное току.

Сущность работы схемы токоограничения состоит в следующем.

В исходном состоянии угол регулированияa_Рсиловых ключей минимальный, вследствие этого напряжение под действием которого магнитопровод СТ перемагничивается, также минимально, а ток нагрузкиi _h=0.

При протекании по подключенной нагрузке Н даже небольшого токаi _hна выходе ДТ появляется выпрямленное и сглаженное напряжениеu _d.

По нелинейному элементу НЭ1 потечёт ток. НЭ1 замыкает ключs1, подключая потенциометрrpи БИЦ к источнику Е _К. Конденсатор БИЦ в течении нескольких периодов напряжения сетиu _cзаряжается и на вход ШИМ поступает плавно - нарастающее напряжениеu _y.

Постепенно увеличиваются угол регулированияa_Рсиловых ключей СТ, выходное напряжение и ток нагрузкиi _h.

До момента установления заданного угла регулированияa_pмагнитопровод СТ перемагничивается по частным циклам, при этом исключаются броски тока намагничивания в момент подключения трансформатора к сетиu _c.

При отключении нагрузки Н выпрямленное напряжениеu _d=0 и НЭ1 размыкает ключs1, угол регулированияa_Рсбрасывается до минимального, заданного.

Токоограничение происходит, если ток нагрузкиi _h>i_НОМ(рис. 1,б). В этом случае напряжениемu _dс ДТ пробивается пороговый элемент ПЭ и нелинейный элемент НЭ2 замыкает ключs2, который шунтируетrp1 и БИЦ. Вследствие этого снижаются уголa_pнапряжение на входе и выходе СТ и токi _h. (рис. 1,б). Когда напряжениеu _dстанет ниже порога отпирания ПЭ НЭ2 разомкнёт ключs2. Преобразователь СТ будет вновь готов к работе в нормальном режиме. Рассмотренная система управления и токоограничения позволяет сформировать ВНХ любого вида, иллюстрированного на рис. 1, б.

Практическая реализация данной структурной схемы показана на рис. 2 и 3.

В транзисторной схеме защиты (рис. 2 ) выпрямленное напряжениеu _dсглаживаетсяr6-c2 фильтром и используется в качестве источника питания транзисторовvt1 иvt2. Параллельно конденсаторуc1 интегрирующей цепиr1-c1 подключены транзисторvt3 в режиме насыщения и потенциометрrp1 напряжения управленияu _y, образуя ЗН. В режиме холостого хода трансформатора СТ напряжениеu _d=0, конденсатор С1 зашунтирован транзисторомvt3 и на вход регулированияa_pи на вход ШИМа поступает напряжениеu _y, равное падению напряжения на резистореr3. Угол регулированияa_pи выходное напряжение преобразователя СТ будут минимальны.

С момента подключения нагрузки Н повышается напряжениеu _d, под действием которого отпирается транзисторvt2 и закрывается транзисторvt3. Конденсатор С1 БИЦ начинает заряжаться с постоянной времениt=r1*c1.

В момент отключения нагрузки Н обнуляется напряжениеu _d, через транзисторvt3 разряжается конденсатор С1 БИЦ и уголa_Рстановится минимальным.

При перегрузке напряжениемu _dпробивается стабилитронvd1 ПЭ, открывается транзисторvt1 и закрывается транзисторvt2; через резисторr2 открывается шунтирующий транзисторvt3, разряжая конденсатор С1. Наступает холостой ход СТ.

В схеме по рис. 3 в качестве НЭ1, НЭ2 и ключейs1,s2 используются оптопарыvu1 иvu2. С момента появления напряженияu _dс ДТ по диодному излучателю оптопарыvu1 начинает протекать ток, от велечины которого зависит интенсивность светового потока. Транзистор оптопарыvu1 подключает потенциометрrp1, с которого на вход транзистораvt2 поступает отпирающий сигнал. Резисторr1 интегрирующей цепи шунтируется резисторомr2 и транзисторомvt2. Постоянная времени зарядки конденсатора С1 уменьшается доt₁=r_ЭС ₁, гдеr_Э=r₁*r` <sub>2</sub>/(r<sub>1</sub>+r` ₂),r` ₂=r₂+r _vt, а увеличиваются угол регулированияa_Р, выходное напряжение и ток нагрузки.

На холостом ходу СТ конденсатор С1 заряжается с большой постоянной времениt=r₁c₁. Постоянную времени БИЦ можно также изменять величиной ёмкости.

При КЗ или перегрузке падением напряжения на потенциометреrp2 пробивается стабилитронvd1 и открывается транзисторvt1 ПЭ. Через излучатель оптопарыvu2 потечёт ток. Фотоприёмник - транзистор оптопарыvu2 изменяет своё сопротивление в зависимости от интенсивности облучения светом. Вследствие этого изменяются эквивалентные сопротивленияr_ЭБИЦ иrp1. Когда токi _hпревысит значение тока уставки, определяемого на ВНХ точкой А (рис. 1, б) возрастёт интенсивность светового потока и сопротивление потенциометраrp1 будет стремиться к нулю. Транзисторvt2 будет также прикрываться и постоянная времени цепиt₁будет стремиться кt, а уголa_Р- к минимальному.

Внешняя вольт - амперная характеристика 2 станет похожей на механическую характеристику асинхронного двигателя. Для получения крутопадающих характеристик 1 и 3 (рис. 1, б) в качестве НЭ2 иs2 необходимо применить другого типа оптопару.

Возможные при минимальном напряжении на первичной обмотке СТ броски тока намагничивания в момент подключения СИ к сети не вызывают отключения преобразователя токовой защитой и не приводят к выходу из строя полупроводниковых силовых ключей, т.к. ток намагничивания значительно меньше номинального тока.