Способ защиты тиристорного преобразователя

 

СПОСОБ ЗАЩИТЫ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, содержащего основной, коммутирующий, перезарядный тиристоры и тиристорный возбудитель, заключающийся в том, что контролируют величину и знак скорости изменения выходного тока, подают импульсы управления на коммутирующий тиристор с временной задержкой по отношению к импульсам управления, перезарядным тиристором в зависимости от параметров выходного тока, контролируют разность значений текущего и отстающего по времени напряжения сети и регулируют коэффициент заполнения преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в режиме рекуперативного торможения при независимом возбуждении тяговых двигателей, измеряют величину напряжения контактной сети и ЭДС вращения тяговых двигателей, контролируют разность значений напряжения сети и ЭДС вращения тяговых двигателей, полученный сигнал сравнивают с заданным сигналом, полученный в результате сравнения сигнал суммируют с сигналом, равным разности значений текущего .и отстающего по времени напряжения сети, после этого регулируют коэффициент заполнения тиристорного возбудителя так, чтобы текущая разность значений напряжения сети и ЭДС вращения оставалась постоянной , одновременно контролируют величину тока возбуждения и при его равенстве с выходным током формируют сигнал на отключение канала управления возбудителем по текущей разности значений напряжения сети и ЭДС вращения и одновременно формируют сигнал на подключение канала управления тиристорным возбудителем по току возбуждения, при определенной величине выходного тока осуществляют запрет на управление тиристорным преобразователем напряжения и формируют сигнал на за мещение рекуперативного торможения. сд со t Од

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) уя) Н 02 Н 7 12 б

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,,"

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3425581/24-07 (22) 15.04.82 (46) 23.02.84. Бюл. № 7 (72) В. И. Некрасов, Б. Ю. Левитский, А. Я. Якушев, А. П. Зеленченко, О. К. Чандер и О.Г. Чаусов (71) Ленинградский ордена Ленина институт инженеров железнодорожного транспорта им.акад. В. Н. Образцова (53) 621.316.925.4 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР .№ 754558,кл. Н, 02 Н 7/10,1978.

2. Авторское свидетельство СССР № 860203, кл. Н 02 Н 7/10, 1979. (54) (57) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, содержащего основной, ком мути рующи й, переза рядный тиристоры и тиристорный возбудитель, заключающийся в том, что контролируют величину и знак скорости изменения выходного тока, подают импульсы управления на коммутирующий тиристор с временной задержкой по отношению к импульсам управления, п.резарядным тиристором в зависимости от параметров выходного тока, контролируют разность значений текущего и отстающего по времени напряжения сети и регулируют коэффициент заполнения преобразователя, от личающийся тем, что, с целью повышения надежности в режиме рекуперативного торможения при независимом возбуждении тяговых двигателей, измеряют величину напряжения контактной сети и ЭДС вращения тяговых двигателей, контролируют разность значений напряжения сети и ЭДС вращения тяговых двигателей, полученный сигнал сравнивают с заданным сигналом, полученный в результате сравнения сигнал суммируют с сигналом, равным разности значений текущего и отстающего по времени напряжения сети, после этого регулируют коэффициент заполнения тнристорного возбудителя так, чтобы текущая разность значений напряжения сети и ЭДС вращения оставалась постоянной, одноврсменно контролируют величину тока возбуждения и при его равенстве g с выходным током формируют сигнал на отключение канала управления возбудителем по текущей разности значений напряжения сети и ЭДС вращения и одновременно формируют сигнал на подключение канала управления тиристорным возбудителем по Я току возбуждения, при определенной величине выходного тока осуществляют запрет на управление тиристорным преобразователем напряжения и формируют сигнал на замещение рекуперативного торможения.

1075346

Изобретение относится к силовой полупроводниковой технике электропоездов постоянного тока.

Известен способ защиты тиристорного преобразователя, при котором контролируют величину и знак скорости изменения выходного тока и при определенном их значении воздействуют на импульсы управления тиристорами. При этом способе подают импульсы управления на коммутирующий тиристор с временной задержкой по отношению к импульсам управления перезарядным тиристором в зависимости от параметров выходного тока (1).

10

Недостатком этого способа защиты является невысокая надежность из-за отсутствия защиты преобразователя в режиме рекуперативного торможения при понижении напряжения контактной сети.

Наиболее близким к изобретению по техническим средствам и достигаемым резуль- 20 татам является способ защиты тиристорного преобразователя, заключающийся в том, что определяют величину и знак скорости изменения выходного тока, что позволяет осуществлять защиту преобразователя в режиме тяги от кругового огня и боксования, а в режиме рекуперативного торможения от кругового огня и юза, осуществляют временную задержку управляющих импульсов, поступающих на коммутирующий (амплитудный) тиристор, по отношению к управляющим сигналам, поступающим на перезарядный тиристор в функции выходного напряжения датчика тока якоря, контролируют разность значений текущего и отстающего по времени напряжения сети, полученный сигнал суммируют с сигналом, пропорцио- 35 нальным выходному току, сумму сравнивают с сигналом уставки и в зависимости от величины сигнала сравнения регулируют коэффициент заполнения преобразователя, при заданной величине сигнала сравнения снимают импульсы управления преобразователем 12).

Недостатком известного способа является невозможность защиты преобразователя в режиме рекуперативного торможения при независимом возбуждении тяговых двига- 45 телей при изменении напряжения в контактной сети. Это происходит из-за того, что при независимом возбуждении тяговых двигателей из цепи исключаются обмотки возбуждения, что значительно снижает инерционность якорной цепи. Введение контроля 50 разности значений текущего и отстающего по времени напряжения сети и соответствующее управление. преобразователем в этам режиме в, отличие от режиме самовозбуждейия явЛяется малоэффективным, поскольку канал управления по разности значении те,-.

55 кущего и отстающего по времени напряжей ния сети и цепь обмотки возбуждения обладают значительной инерционностью. Такое соотношение параметров при изменении напряжения сети может привести к аварийному опрокидыванию преобразователя.

Целью изобретения является повышение надежности рекуперативного торможения при независимом возбуждении тяговых двигателей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу защиты тиристорного преобразователя, содержащего основной, коммутирующий, перезарядный тиристоры и тиристорный возбудитель, заключающемуся в том, что контролируют величину и знак скорости изменения выходного тока, подают импульсы управления на коммутирующий тиристор с временной задержкой по отношению к импульсам управления перезарядным тиристором в зависимости от параметров выходного тока, контролируют разность значений текущего и отстающего по времени напряжения сети и регулируют коэффициент заполнения преобразователя, измеряют величину напряжения контактной сети и ЭДС вращения тяговых двигателей, контролиру ют разность значений напряжения сети и

ЭДС вращения тяговых двигателей полученный сигнал сравнивают с заданным сигналом, полученный в результате сравнения сигнал суммируют с сигналом, равным разности значений текущего и отстающего по времени напряжения сети, после этого регулируют коэффициент заполнения тиристорного возбудителя так, чтобы текущая разность значений напряжения сети и ЭДС вращения оставалась постоянной, одновременно контролируют величину тока возбуждения и при его равенстве с выходным током формируют сигнал на отключение канала управления тиристорным возбудителем по текущей разности значений напряжения сети и

ЭДС вращения и одновременно формируют сигнал на подключение канала управления тиристорным возбудителем по току возбуждения, при определенной величине выходного тока осуществляют запрет на управление тиристорным преобразователем напряжения и формируют сигнал на замещение рекуперативного торможения.

На чертеже приведена принципиальная схем а устрой ства, реализующего предла гаемый способ.

Устройство, реализующее предлагаемый способ защиты, содержит тиристорно-имиульсный преобразователь 1 напряжения, включающий в себя главный тиристор 2, перезарядный тиристор З,коммутирующий тиристор 4, диод 5, диод б, шунтирующий якорь тягового двигателя, диод 7, шунтирующий обмотку возбуждения тягового двигателя, коммутирующий конденсатор 8, коммутирующий дроссель 9, зарядный резистор 10.

1075346

Возбудитель 11 состоит из перезарядного тиристора 12, амплитудного тиристора

13, диода 14, коммутирующего конденсатора 15, коммутирующего дросселя 16.

На входе тиристорного преобразователя установлен индуктивно-емкостной фильтр

17 (18). Система включает в себя два контактора 19 и 20, якорь 21 тягового двигателя, обмотку 22 возбуждения.

Система управления состоит из блока 23 управления, датчика 24 напряжения, датчика 25 тока якоря, датчика 26 тока возбуждения, датчика 27 ЭДС вращения,датчиков 28 и 29 нуля тока, управляемых линий 30 и 31 задержек, задатчика уставки йока якоря 32, сумматоров ЗЗ вЂ” 35, элемента 36 запрета, датчика 37 нестационарного изменения питающего напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Пуск электропоезда осуществляется за счет работы тиристорного преобразователя 1, lIpH ToM KoHTBKTop 19 замкнут, а контактор

20 разомкнут. Поддержание среднего значения йускового тока тягового двигателя заданным осуществляется за счет изменения коэффициента заполнения преобразователя в функции выходного напряжения датчика

25 тока якоря. При этом коэффициент заполнения изменяется от величины, близкой к нулю, до величины, близкой к единице. Коэффициент заполнения преобразователя изменяется за счет изменения момента отпирания главного тиристора 2 пе отношению к коммутирующему тиристору 4, что достигается работой элемента 30. В пусковом режиме возбудитель 11 не работает.

В тормозном режиме система реализует режим рекуперативного торможения при независимом возбуждении тягового двигателя.

В этом режиме контактор 19 разомкнут, а

20 замкнут. При этом регулирование процесса возбуждения тягового двигателя осуществляется возбудителем 11. Возбудитель работает в режиме амплитудно-фазовой модуляции и получает энергию от источника питания.

Первоначально возбудитель отрабатыва-ет минимальный коэффициент заполнения, а по мере снижения скорости коэффициент заполнения увеличивается.

Коэффициент заполнения изменяется за счет смещения момента отпирания амплитудного тиристора 13 по отношению к перезарядному тиристору 12, чго достигается работой элемента 31, причем минимальное значение коэффициента заполнения соответствует. максимальной задержке, а максимальное значение коэффициента заполнения— минимальной задержке, близкой к нулю,т.е. практически в этом случае импульсы, постуутающие на управляющие электроды тирисфоров 12 и 13, совпадают.

В процессе торможения во всем диапазоне скоростей энергия отдается в контактную сеть импульсами по цепи: якорь 21 тягово-. го двигателя — диод 6 — индуктивный дроссель входного фильтра 17 — (+) источника питания — (— ) источника питания — ди5 од 7 — контактор 20 — датчик 25 — якорь

21 тя го во го дви га тел я.

Контур возбуждения состоит из возбудителя ll, датчика 26, обмотки 22 возбуждения.

Контур короткого замыкания якоря двигателя состоит из преобразователя 1, кон10 тактора 20, датчика 25, якоря 21.

Скачкообразное уменьшение напряжения сети в процессе рекуперативного торможения при независимом возбуждении тяговых двигателей может привести к броску тока двигателей и аварийному срыву преобразователя.

В квазиустановившемся режиме импульсного рекуперативного торможения справедливо выражение

E = U(1 — Яо) + 4Rp, zO где Š— ЭДС вращения двигателя; — питающее напряжение;

l . — среднее значение тормозного тока;

Я вЂ” активное сопротивление контура рекуперации;

Х, — значение коэффициента заполнения преобразователя.

Провал напряжения контактной сети (— bU) вызывает бросок тока рекуперации (ь1 г) при неизменных значениях Е и

Е = (U + aU) (1 — "о) + (1т + Ь1т) Ry где ь Ц Ь1 — приращения напряжения контактной сети и тормозного тока.

Вследствие большой инерционности тока возбуждения и магнитного потока двигателя

Е мгновенно изменяться не может, поэтому

З5 локализовать переходный режим можно только изменением коэффициента заполнения преобразователя

E =.(U — U) (1 — (Яо — а3) + I Rp, где а1 -приращение коэффициента запол- нения преобразователя.

С целью восстановления защитных функций преобразователя одновременно с изменением А до величины (jlд+gp) в переходном режиме уменьшается ток возбуждения, а значит, и ЭДС вращения на величину (— дЕ). Процесс локализации и восстановления защитных функций заканчивается условием

Š— hE = (U — !AU) (1 — 1р) + I Rp, где дŠ— приращение ЭДС вращения, те. ЭДС вращения уменьшится на величину, равную и U (1 — Я ), при этом коэффициент заполнения вновь принимает исходное значение Ао и сохраняется исходное условие

Е а(1.

В зоне высоких скоростей выполняется описанный алгоритм, в квазистационарном режиме 2 поддерживается постоянным и регулирование по мере уменьшения скорости осуществляется током возбуждения. При

1075346 выходе на полное поле происходит переключение режимов. Ток возбуждения остается постоянным и дальнейшее регулирование осуществляется увеличением Я . Этот диапазон скоростей уже не является опасным при провале напряжения, так как Л всегда больше Я и система сама себя защитит изменением Д .

Для того, чтобы осуществить быстродействующую защиту преобразователя при провале напряжения сети в зоне скоростей выше критической, контролируют разность значений напряжения сети и ЭДС вращения тяговых двигателей. Определение текущих значений напряжения сети и ЭДС вращения тягового двигателя осуществляется с помощью датчиков 24 и 27. Измерение разности этих текущих значений осуществляется сумматором 33. Величина этой разности задается на вход сумматора 33, где текущая разность сравнивается с заданной и сигнал рассогласования подается через элемент 36 на вход блока 34 и далее после коррекции в блоке 34 на вход элемента 31, который осуществляет временную задержку управляющих импульсов, поступающих на амплитудный тиристор 13, по отношению к управляющим сигналам, поступающим на перезарядный тиристор 12, тем самым регулируется коэффициент заполнения возбудителя 11 и поддерживается разность напряжения сети и ЭДС вращения постоянной.

Одновременно уменьшается коэффициент заполнения преобразователя 1, что, в свою очередь, делает возможным с очень высоким быстродействием исключить бросок тормозного тока при провале напряжения и избежать аварийного опрокидывания преобразователя.

Величина разности напряжения сети и

ЭДС вращения выбирается такой, чтобы при технологическом скачке напряжения сети преобразователь изменением своего коэффициента заполнения имел возможность компенсировать этот скачок. При определенном соотношении входных напряжений на сум. маторе осуществляют запрет на управление ти ристорным преобразователем напряжейия.

Причиной этого нарушения может служить уменьшение напряжения контактной сети ниже предельного уровня, определяемого работоспособностью системы.

Блоки 34 и 37 осуществляют дополнительную коррекцию сигнала, поступающего от сумматора 33 через элемент 36, и функции разности значений текущего и отстающего

10 по времени напряжения сети, что повышает быстродействие устройства.

По мере снижения скорости возбуждение тягового двигателя усиливается и при достижении равенства тока якоря и возбуждения осуществляют отключение канала управления возбудителем по текущей разности значений напряжения сети и ЭДС вращения и подключают канал управления по току возбуждения.

Измерение токов якоря и возбуждения

2О осуществляется датчиками 25 и 26, а их сравнение — блоком 35. Подключение и отключение каналов осуществляется с помощью блока 36. Величину и знак скорости изменения выходного тока осуществляют с помощью элементов 25 и 23.

При определенной величине выходного сигнала датчика 25 снимают импульсы управления преобразователем и формируют сигнал на замещение рекуперативного торможения. . При конструировании системы, реализующей предлагаемый способ, используют типовые элементы.

Технико-экономическим преимуществом предлагаемого способа является увеличение надежности рекуперативного торможения.

Предлагаемый способ двухканального регулирования, поддерживающего заданную разность между напряжением сети и ЭДС вращения двигателей, а также заданный тормозной ток соответственно при управлении возбудителем и преобразователем, обес4О печивает устойчивость и быстродействие системы при рекуперативном торможении:

1075346

Составитель О. Мещерякова

Редактор И. Шулла Техред И. Верес Корректор И. Муска

Заказ 238/47 Тираж 61ф Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4