Устройство для управления тиристорным инвертором

 

СОЮЗ (X%IETCHHX

СОЦКАЛИСТИЧЕ(НИХ

РЕСПУБЛИН

3(Я) Н 02 P 13 18 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКСНМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° \

3В

° °

ЪМ (21) 3318656/24-07 (22) 20.07.81 (4ф ) 15.05 ° 83. Вюл. В 18 (72) О.Р. Калабухов и С.h. крамсков (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт электровоэостроения

I (53) 621.316 ° 727(088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 741403, кл. И 02 Р 13/16, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 767933, кл. Н 02 P 13/16, 1978. (54. .(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ТИРИСТОРНЫИ ИНВЕРТОРОИ, содержащее последовательно соединенные измеритель угла коммутации, элемент совпадения, интегрирующий усилитель, блок фазового управления, распределительное устройство и блок выходных

„„SU„„0 81 А усилителей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения энергетических показателей, оно снабжено формирователем регулируемых опорных импульсов, содержащим выпрямительный мост, подключенный к выходу измерительного трансформатора с входами длл подключения к обмотке силового трансформатора, а также вкзаоченные последрвательно задатчик напряжения смещения, элемент сравнения, интегрирующий элемент, синхронизированный с сетью фазосмещающий элемент и транзисторный ключ, выход которого соединен с другим входом элемента сравнения, при этом выход фазосмещающего элемента подключен к второму вхо- Е ду элемента совпадения, а выход выпрямительного моста соединен с щиной питания транзисторного. ключа.

1018189.Изобретение относится к электро технике, в частности к преобразовательной технике, и может быть исполь эовано для управления тиристорным преобразователем в инверторном режиме, преимущественно на электропод5 вижном составе переменного тока" с рекуперативным торможением.

Известно устройство для управления тиристорным инвертором, содержащее трехфазный трансформатор, логические элементы НЕ s каждом канале, входы которых подключены к выводам вторичных обмоток каждой фазы трансформатора через последовательно соединенные резисторы и диоды и к 15. общей точке вторичных обмоток через стабилитроны и элементы ИЛИ-НЕ, формирователь прямоугольных импульсов, преобразователь их ширины и усилитель (1). 20

Известное устройство не обеспечивает работу инвертора с минимальным значением угла запаса.

Наиболее близким к предлагаемОму по технической сущности является, Q5 устройство для управления тиристорным инвертором,. содержащее последова- у, тельно соединенные элементы совпадения, к одному из выходов которого под;<лючен измеритель угла коммутации, а ко второму входу - генератор прямоугольных (опорных) импульсов, интегрирующий усилитель, блок фазавого управления инвертором,.распределительное устройство и блок выход" ных усилителей P2).

Недостатком известного устройства является постоянство задаиногб значения узла запаса во всех режимах

1 эксплуатации, что снижает энергетические показатели и устойчивость "ра- 40 боты инвЪртора.

Необходимое значение угла запаса

{f> складывается в реальных условиях иэ целого ряда составляющих, зависящих от многих факторов. Среди них 45 наиболее существенными являются следующие .

Время„необходимое для восстанов-. ления запирающих свойств тиристоров зависит от типа и характеристик . тиристоров, а также от многих других факторов и, в частности, от величины отрицательного питающего напряжения, приложенного в это время к тиристору.

С увеличением напряжения время восстановления уменьшается, с уменьшением напряжения - увеличивается,т.е. время восстановления пропорцио& нально вольт-секундной площадке пи1 тающего напряжения в интервале б -Х. бО

Эта вольт-секундная площадь может изменяться также не только при изменении величины питающего напряжения, но и при появлении искажения формы кривой напряжения из-за возникающих б5 в сети за счет распределенных реактивных параметров послекоммутационных колебаний.

Погрешность системы автоматического регулирования угла зажигания р на постоянство угла запаса д складывается из погрешности .системы в переходных режимах работы - динамической погрешности h3 и погрешности в установившихся режимах ьс..

Динамическая погрешность регулирования определяется скоростью изменения возмущающего воздействия, т.е. изменением величины угла коммутации

g от полупериода к полупериоду, которая в свою очередь зависит от величины питающего напряжения и прочих факторов. Так, при одинаковых скоростях изменения тока инвертора ве

" личина изменения угла коммутации за полупериод при пониженном напряжении в сети больше, чем при повышенном.

Соответственно больше и динамическая погрешность регулирования ь3. Аналогично и статическая погрешность дс, которая пропорциональна величине угла ф", больше дри пониженном напряжении в сети, чем при повышенном, при одинаковом значении тока инвертора.

Таким образюм, величину заданного угла запаса Д выбирают в известном устройстве, равной Д". = gy+ ас ++3

При этом величины t >, ьс, ЛЭ выбирают. из условия работоспособности инвертора в самых неблагоприятных режимах (низкое напряжение и .большой реактанц в сети,. наличие послекоммутационных высокочастотных колебаний, максимально возможные скорости йзманения токов инвертора и rrp).

Тогда при нормальных условиях эксп-. луатации и. тем более в особо благоприятных, величина д9 оказывается значительно более необходимой, что существенным образом снижает энергетические показатели установки.

Целью изобретения является повышение ::;ýíåðãåòè÷åñêèõ показателей за счет осуществления коррекции за.данного угла запаса в зависимости от величины питающего напряжения, а также в зависимости от.искаженной формы кривой напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные измеритель угла коммутации, элемент совпадения, интегрирующий усилитель, блок фазового управления, распределительное устройство и блок выходных усилителей, введен формирователь регулируемых опорных импульсов., содержащий выпрямительный мост, подключенный к выходу измерительного трансформатора„ имеющего входы для подключения к обмотке силового трансформатора, а также включенные последователь1018189

3 но эадатчик напряжения смещения, эле-,выхода блока 6 через распределительмент .сравнения, интегрирующий sm-.. ное устройство 7, блок выходных уси мент, синхронизированный с сетью фа-, лителей 8 поступают на управа:ющне зосмещающий элемент и транзисторный. +: электроды тиристороь соответотзующих ключ, выход которого соединен с дру- плеч инвертора 1, регулируя Фазу гим входом элемента сравнения, при 5 открытия тиристоров. Измеритель этом выход фазосмещающего элемента- .- углов коммутации 3 Формирует прямо- . подключен к второму. входу элемента, .уголъные импульсы Q, длителъность совпадения, а выход:випрямительного. которых равна длительности угла ос.моста соедйнен. с шиной питания тран- нонной коммутации .9": инвертора, Фаза зиаторного ключа..: - ; . 10 переднего фронта соответствует углу. ., На фиг.l представлена блок-схвйа-. .зажигания р, а фаза заднее.Фрон предлагаемого устройства, подключен . та - реальному углу запаса0р ийвер- . ного к преобразоватеедьиому агрегату: тора 1. Элемент совпадеййя 4 в ре.инвертор - трансформатору иа Фиг.2:-.. зультате временного сравнения сигна- вреввенные:диаграюаа. напряжений.на.:.15 лов Оз- и Оу выделяет сихналы 0 развыходах элементов устройства.. - ности между заданньэе углом::. запаса устройство, которое подключено- к . f>, задатчйком которого является агрегату инвертор 1 - трансформатор:. блок 16 и реальным углом запаса ду.

2> содрржит последовательио среди- . Раэностный сигнал U с выхода эле-. ненныв кэмеритель угла коммутацйи,3,::20 мента совпадения 4 подается через элемент совпадения 4, ийтегрирующий ;: интегрирующий усилитель 5 íà yripas усилитель:5:, блок фазового управле- . ляющий нход блока Фазового управления 6, распределительное устройство..:,ния .6 и регулирует длительность.:сиг7 и блок выходных. усилителей 8, ко-.; .: нала U . на его выходе таким образом,. торый подсоединен к силовым тириато- ., 5 чтобы =ду у-. таким образом, описанрам инвертора 1. Выпрямительный мост; ная известная часть устройстэа Оау-.9,.подключенный к выходу измеритель.-: ществляет регулирование .угла эажига: ного трансформатора 10,. вход .которо- :: ния р нна, ппооссттоояяннсство угла запаса инго подсоединен к обмотке силового вертора. др=д . трансформатора 2,. а также последова- -. Блок 16 выполняет .Функции задет», тельно соединенные задатчики напра- ЗО чика угла запаса инввртора:и-осужения смещения ll элемент сравие.- ществляет коррекцию заданного угла ния 12,.йнтегрирующжй элемент 13, :- :запаса бу в зависимости от величины синхронизированный.с сетью фаэосме-, и формы напряжения на силовом транс" щающий элемент: 14 и транзисторный форматоре 2. Фазосыещающий элементключ 15,.выхад которого соединен с .35 14 с синхронизированным с сетьв пидругим. входом элеиента сравнения 12, .лообразным развертывающим напряжесоставляют формирователь 16.регу- вием 0д„„ Формирует прямоугольные . лируемых опорных импульсов. при этом . импульсы.щ, равные по длительности выход. фазосмещающего элемента 14 заданному значению угла запаса инподключен также к -sToposqr входу эле- 4О вертора Д . Фа а переднего фронта мента совпадения,4 а выход выпрями- . импульсов определяетая в каждый rioтельного моста 9 .соединен с шивой: . лупериод моментом равенства напря- питания транзисторного ключа 15. :: жения- Ц„ на выходе интегрирующего

Основные узлы устройства могут . элемента 13 и пилообразного,развербыть "реализованы на интегральных . 45 тывающего напряжения U ; ° импульсы микросхемах, .0 с выхода фазосмещающего элемента

Работа устройства поясняется вре- 14 подаются на элемент совпадения 4,менными диаграммами напряжений на, а также на транзисторный ключ 15. выходах. элементов усхройства (фиг..2) Питание транзисторного ключа 15 осудля случая когда интегрирующий:эле- ществляется пульсирующим напряжением.

5О мент 13 выполнен инвертируюшим, фа- отрицательной полярности, которое зосмещающий элемент 14 имеет пило- формируется выпрямительным мостом 9. образное развертывающее напряжение, . Величина напряжения Ug на выходе вызадатчик напряжения смещений 11 : :прямнтельного моста 9 пропорциональимеет положительнув полярность, а - на величине питающего напряжения, транзисторный ключ 15 питается напра-.55 а формы полуволМ повторяют форму жением отрицательной полярноСти, ко.-. соответствующих полуволн. напряжения торое поступает с выхода выпрями- питания. Транзисторный ключ 15 вытельного моста 9. .полнея так, что при управляющем наустройство работает следующим об- прижении на его входе, равному нулю, разом. - 60 он открыт и насыщен. Напряжение на

Бзщк- фазового управления 6 иивер- . его выходе U„ в этом случае равно тором формирует импульсы управления нулю. С приходом положительного уп-, фаза переднего фронта которых соот- равляющего импульса О,у транзисторветствует величине угла зажигания р ный ключ 15 закрывается и íà его вы,тиристоров инвертора 1, Импульсы с б5 ходе появляется отрицательное напря- .

1018189 жение 0, равное напряжению U+ которое пропорционально питающему напряжению н повторяет его по форме ° напряжение 0к с выхода транзисторного ключа подается. на один.иэ входов элемента сравнения 12, таким образом чтобы оно вычиталось из напряжения смещения положительной полярности, которое подается на другой вход элемента сравнения 12.

Результирующее напряжение суммирования l3 с выхода элемента сравие" ния 12 подается на вход интегрирую« щего элемента 13, выходное напряжеуне которого управляет работой 4аэосдвигающего элемента 14. устойчивое состояние в схеме наступает только в случае, еслн за ae"" риод квантования Т, определяемый длительностью полупериода напряжения питания, вольт-секундная площадь напряжения Ос на выходе элемента сравнения 12 равна нулю, т.е, Вольт .секундная площадь напряжения смеще-, ния равна вольт-секундной площади напряжения 0» на выходе транзисторного гключа 15. если вольт-секундная площадь эа период квантования T напряжения не равна вольт-секундной площади напряжения смещения, то начинает изменяться напряжение иа выходе интег.рирующего элемента 13, что сопровож дается изменением длительности выходных сигналов Мд фазосмещающего элемента 14 и соответствующим изменением длительности и амплитуды сиг.налов 0 на выходе транзисторного ключа 15.

Изменение длительности (фазы) сигналов на выходе фазосмещающего элемента 14 прекращается, когда вольт-секундная площадь напряжения

U на выходе транзисторного ключа l5 становится равной эа период кваито" вания Т вольт-секундной площади напряжения смещения на выходе задатчика 11.

Таким образом, если при номинальной величине питающего напряжеиияустановить напряжением смещения длительность импульсов Ug, равной необходимой величине угла запаса инвертора, то при возникновении искажений или изменении величины питающего напряжения в схеме автоматически поддерживается такая величина угла запаса инвертора (длительность импульсов ОД ), чтобы вольт-секундная площадь импульсов Ок на выходе транзисторного ключа 15 равнялась за период квантования Т вольт-секундной площади напряжения смещения, т.е. в схеме автоматически регулируется величина угла запаса инвертора на постоянство в каждый полупериод вольтсекундной площади питающего напряжения, заключенной между искомыч значением фазы угла запаса д и 7f.

Соответственно при. величине питающего натгряжения, меньшем номинального, величина заданного запаса lfq (длительность импульсов Ug ) увелиЬ

® чивается, а при напряжении, большем номинального, уменьшается таким об" разом, чтобы вольт-секундная площадь питающего напряжения в каждый полупериод в интервале д-g осталась по15 стоянной.

Аналогично изменяется величина (a случае возникновения искажений формы кривой питающего напряжения, например, при появлении коммутационро иых провалов и послекоммутационных колебаний, возникающих в сети эа счет распределенных реактивных параметров.

В предлагаемом устройстве поры25 шаются энергетические показатели инверторов за счет уменьшения величины заданного угла запаса d посколь.ку осуществление коррекций угла запаса в зависимости от величины питающего напряжения дает возможность отказаться от дополнительных запасов на время восстановления запирающих свойств тиристоров, на динамическую и статическую погрешность регулирования,.и тем самым поддерживать во всех режимах минимально необходимое значение угла запаса {, повышается устойчивость инвертора в режимах работы, сопровождающихся значитель.ными искажениями формы кривой питаю40 щего напряжения, так как осуществляется коррекция величины заданного угла запаса д в зависимости от возникающих .искажений; повышается точность поддержания угла запаса инвер45 тора, поскольку устройство реализует астатический закон регулирования на постоянство вольт-секундной площади питающего напряжения в интервале(Г-ь . Таким образом, можно уменьшить заданное значение угла запаса

Д на величину статической погрешности регулирования дс и повысить соответственно энергетику преобразователя. Кроме того, увеличивается быстродействие регулирования узла запаса Р так как регулирование осуществляется одновременно по двум каналам ф и с . Это уменьшает динамическую погрешность регулирования

58 а следовательно, устойчивость и энергетику преобразователя.

Составитель Л. Улья нов

Редактор Т. Веселова Техред M.Тепер Корректор Е. Рошко

Закаэ 3557/51 Тирам 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, ". Ужгород, ул. Прс ектная, 4