Ключові терміни та поняття:

система керування, принцип керування, лінійний принцип керування, косинусний принцип керування, імпульс керування, фазозсувальний пристрій, формувач керувальних імпульсів, широтно-імпульсний перетворювач, кут керування, фазова характеристика

Сучасні енергозберігаючі технології вимагають високоточних систем керування та регулювання, які запускають чи зупиняють електричні машини, здійснюють захист від аварійних режимів, тощо.

Система керування (СК) — це сукупність елементів і пристроїв, які залежно від величини заданої вхідної напруги формують керуючі імпульси необхідної потужності. Вони вирішують такі основні завдання — визначення моментів часу подання сигналу керування та формування керуючих імпульсів. При цьому вони забезпечують реалізацію таких двох основних функцій:

Перетворення керуючого сигналу (напруга, струм, числовий код) у сигнали функції часу.

Формування імпульсів керування заданої форми, тривалостіта амплітуди.

Для перетворення керувального сигналу (напруги и_к) в кут керування (α) використовують фазозсувальні пристрої (ФЗП), які використовують розгортувальний сигнал. Такі ФЗП називають пристроями вертикального типу й характеризуються високою швидкодією. Вони реалізуються за лінійним принципом чи косинусним принципом керування.

17.1. Лінійний принцип керування

ФЗП з лінійним принципом керування (рис. 89) містить генератор прямокутних імпульсів (ГПІ), генератор опорної напруги (ГОН), -компаратор (К) і формувач керувальних імпульсів (ФКІ).

Рис. 89. Структурна схема ФЗП лінійного принципу керування

Робота такого ФЗП базується на порівнянні напруги керування з лінійно-змінною напругою ГОН і характеризується часовими діаг­рамами (рис. 90, а). Кут керування (часовий імпульс) є лінійною функцією керувального сигналу α=KU_к, а фазова характеристика визначається виразом

Рис. 90. Часові діаграми ФЗП з лінійним (а) і косинусніш (б) принципом керування

17.1.1. Широтно-імпульсні перетворювачі

Широке застосування знайшли системи керування з використанням широтно-імпульсних перетворювачів (ШІП), які використовуються в конверторах. Структурну схему простого широтно-імпульсного пере­творювача з лінійним принципом регулювання показано на рис. 91.

Рис. 91. Структурна схема широтно-імпульсного перетворювача з лінійним принципом регулювання: U_вх.к — вхідна напруга керування (керуючої величини); ГЛЗН — генератор лінійно-змінної напруги; СП — схема порівняння; ФКС — формувач керуючих сигналів; ЕК— електронний ключ

ГЛЗН формує вихідну напругу (Углзн трикутної форми (рис.92, а), або форми «меандр» (рис.92, б), яка в схемі порівняння порівнюється з вхідною напругою керування U_вх.к (опорною напругою). Схеми порівняння можуть бути реалізовані на дискретних елементах або на інтегральних мікросхемах. Вибір того чи іншого типу СП здійснюється з урахуванням типу силового ЕК, який визначає схему формувача керуючих імпульсів. У випадку застосування транзисторного ЕК, для елемента порівняння можна використати швидкодійний операційний підсилювач, а в схемі керування тиристорним ЕК — компаратор, вихідний сигнал якого є узгоджений з рівнем керуючих сигналів цифрових мікросхем.

Робота широтно-імпульсного перетворювача пояснюється часовими діаграмами напруг, що зображені на рис. 92.

Вихідна напруга СП має два рівні: високий — за умови U_вх.к > U_тлзн; низький — за умови U_вх.к < U_тлзн Це і визначає час тривалості імпульсів t_імп. Блок формування керуючих імпульсів відповідно до часу t_imп формує керуючі імпульсні сигнали для тиристорного електронного ключа (рис. 92, а) або сигнали керування транзисторним ключем (рис. 92, б). Тип ГЛЗН вибирається залежно від того, який ЕК використано у системі регулювання.

Рис. 92. Часові діаграми напруг широтно-імпульсного регулятора: генератор лінійно-змінної напруги з тиристорним ключем (а); генератор лінійно-змінної напруги форми «меандр» з транзисторним ключем (б)