Общие сведения и принципы управления

Назначение и структура системы управления электронного аппарата

В силовых электронных аппаратах и иных устройствах принято различать силовую часть и систему управления (СУ). К силовой части относят электрические цепи и элементы, которые непосредственно участвуют в передаче электрической энергии от первичного источника к потребителю. Иногда эти цепи совместно с силовыми элементами называют главными, так как они определяют основные технико-экономические показатели устройства, и в первую очередь его КПД. Силовая часть аппарата, но существу, является силовым исполнительным органом, определяющим главные функции аппарата.

Учитывая определяющее влияние силовой части на технико-экономические характеристики устройства в целом, ее изучению уделяется обычно основное внимание. Однако для функционирования силовых элементов схемы — транзисторов, тиристоров и др., необходимо подавать на них соответствующие сигналы управления. Эти сигналы формируются другой составной частью устройства — системой управления. В отличие от силовой части СУ в основном принимает, обрабатывает и выдает информацию. Поэтому СУ состоит главным образом из элементов и функциональных узлов, связанных с информационными потоками. При этом уровень потребляемой энергии обычно стремятся по возможности минимизировать.

Система управления силового электронного устройства обычно выполняет следующие функции:

• — формирование сигналов управления силовыми элементами;
• — регулирование выходных параметров силовой части;
• — включение и отключение по заданному алгоритму основных узлов силовой части;
• — обмен информацией с внешней средой.

К системе управления относят также элементы и узлы, обеспечивающие текущий контроль состояния устройства в целом, диагностику отказов и управление защитными устройствами. На рис. 12.1 приведена обобщенная структура СУ. В структуре выделены некоторые функциональные блоки, характерные для СУ силовых электронных устройств. Блок датчиков Д содержит датчики регулируемых и контролируемых параметров. Так как обычно регулируются выходные параметры, то часть датчиков непосредственно входит в обратную связь канала регулирования. Сигналы с этих датчиков поступают на регулятор РЕГ, в функции которого входит формирование закона управления элементами силовой части. Блок ФИУ формирует импульсы управления, непосредственно поступающие на силовые элементы. По существу, ФИУ является согласующим устройством между входами силовых приборов и выходом регулятора, поскольку выходные сигналы регулятора обычно являются маломощными и не отвечают требованиям, предъявляемым к импульсам управления силовых приборов (тиристоров, транзисторов и др.). Блок ФИУ называют также драйвером.

Узлы СУ выполняются на разной элементной базе: дискретные и интегральные электронные компоненты, электромагнитные реле и др. Для функционирования этих элементов требуются источники электропитания часто с различными параметрами. В составе структуры имеется блок вторичных источников питания для собственных нужд, называемых также источниками оперативного питания ИОП. В ИОП используются различные виды преобразователей и регуляторов, согласующих параметры входного (иногда и выходного) напряжения силовых цепей с параметрами, требуемыми для питания элементов СУ. Текущий контроль и диагностика устройства осуществляются блоком УКД, на вход которого поступают сигналы сдатчиков контролируемых параметров. Результаты контроля и диагностики поступают на блок обработки информации ИНФ, и затем с его выхода — на защитные устройства ЗУ. Блок ИПФ также в общем случае может связывать все устройство с внешней средой. Например, в него могут поступать сигналы команд на включение, выключение, изменение режима работы. Обычно эти сигналы обрабатываются или транслируются непосредственно в блок коммутационной аппаратуры КА.

Рис. 12.1. Обобщенная структурная схема системы управления электронного аппарата.

В представленной обобщенной структуре отражены характерные укрупненные функциональные блоки. В реальном аппарате значительная часть из них может отсутствовать или находиться в неявном конструктивном или функциональном виде.

Так как силовые электронные аппараты обычно выполняются на электронных ключах, по принципу действия их СУ являются дискретными или импульсными. Соответственно, элементная база СУ часто сочетает элементы как цифровой, так и аналоговой техники, которая обрабатывает непрерывные сигналы, например тока или напряжения. Эти сигналы затем снова могут преобразовываться в импульсную форму.