Устройство для управления двухфазным тиристорным преобразователем тягового электропривода постоянного тока транспортного средства

 

СОКИ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1Ю (И) (5D4 В 60 L 15 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3760034/24-11 (22) 21.06.84 (46) 07.01,86. Бюл.й 1 (71) Научно-исследовательский кисти тут автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) Ю.В.Колоколов, Ж.T.Æóñóáàëèåâ, А.К,Криушов и И.А.Абрамов (53) 621.331(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 481476, кл. В 60 L- 15/04, 1973. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХФАЗНЫМ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРА-

ЗОВАТЕЛЕМ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

ПОСТОЯННОГО ТОКА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащее по числу фаз преобразователя подключенный к генератору тактовых импульсов формирователь блокирующих импульсов, соединенный выходом с первым входом коммутатора, и формирователь задержанных импульсов, соединенный выходом с вторым входом коммутатора и.первым входом блока измерения коэффициента заполнения преобразователя, датчик тока, подключенный через преобразовательный узел тока к входам блока инверсирования и блока сравнения, который другим входом подключен к источнику задающего сигнала, первым выходом — к третьему входу коммутатора, а вторым выходом — к другому входу блока инверсирования, соединенного выходом с четвертым входом коммутатора, первый и второй выходы которого подключены к раздельным входам триггера, соединенного выходами с формирователями отпирающих и запирающих импульсов и вторым и третьим входами блока измерения коэффициента заполнения преобразователя, соединенного выходами с пятым и шестым входами коммутатора и выполненного на элементах И, триггерах, компараторах и источниках опорного напряжения, и усилители запирающих и отпирающих импульсов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено элементами И, ИЛИ, интеграторами, ключами, задатчиками пуска и сброса, дополнительными триггером и формирователем импульсов, входом соединен- Е ным с выходом первого элемента И, а выходом — с одним из входов элемента

ИЛИ, связанного выходом с одними из входов преобразователя, другой вход которого подключен к выходу формирователя запирающих импульсов, соединенному с входом дополнительного триггера, другой вход которого соединен с задатчиком сброса, а вы-, ходы — соответственно с четвертым и пятым входами блока измерения коэффициента заполнения преобразевателя и с одним из входов первого элемента И, соединенного другим входом с выходом второго элемента И, один вход которого подключен к выходу формирователя блокирующих импульсов, а другой вход и один из входов третьего элемента И - к задатчику пуска, причем второй вход третьего элемента И соединен с выходом формирователя отпирающих импульсов, подключенного другим входом к третьему выходу коммутатора, 12029 а выход — к усилителю отпирающих импульсов.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок измерения коэффициента заполнения преобразователя содержит ключи, элементы И, триггеры, -компараторы, источники опорного напряжения и интеграторы, входы которых являются первым и вторым входами блока измерения, а выходы соединены с входами соответствующих компараторов, другие входы которых подключены к источникам опорного напряжения, выход первого компаратора подключен к одному входу первого триггера, а выход второго компаратора — к одному из входов перво17 го элемента И, второй вход которого является третьим входом блока измерения, а выход соединен с другим вхо.дом первого триггера, выходы которого соединены соответственно с одними из входов второго и третьего элементов И, другие входы которых являются пятым входом блока измерения, а выходы соединены с входами второго триггера, выходы которого являются выходами блока измерения и соединены через первый и второй ключи с первыми входами компараторов, причем третий ключ соединен выходом с входом первого компаратора, а его вход является четвертым входом блока измерения.

Изобретение относится к транспорту, в частности к устройствам управ- ления тиристорными преобразователями тяговых электроприводов постоянного тока для транспортных средств.

Цель изобретения — повышение надежности.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 блок-схема блока измерения коэффициента заполнения преобразователя; на фиг.3 — временные диаграммы токов и напряжений элементов устройства, поясняющие его работу.

Устройство (фиг.1) содержит идентичные каналы 1 и 2 регулирования токов фаз дву (фазного тиристорного преобразователя 3. Каждый канал 1 и 2 регулирования токов фаз включает в себя преобразовательный узел 4 тока, соединенный выходом с блоком

5 сравнения и блоком 6 инверсирования. Формирователи 7 и 8 блокирующих и задержанных импульсов подключены к генератору 9 тактовых импульсов. Второй вход блока 5 сравнения подключен к источнику 10 напряжения задающего сигнала. Один выход блока 5 сравнения соединен с вторым входом блока 6 инверсирования, а его другой выход, выход блока 6 и выходы формирователей 7 и 8 подключены к входам коммутатора 11. Два

20.

30 других его входа- подключены к выходам блока 12 измерения коэффициента заполнения преобразователя, а выходы — к триггеру 13 и формирователю 14 отпирающих импульсов.

Другой вход формирователя 14 и вход формирователя 15 запирающих импульсов подключены к выходам триггера

13, к которым подключены также первый и второй входы блока 12. Выход формирователя 8 подключен к тре тьему входу блока 12. Выход формирователя 7 подключен к одному из входов элемента И 16, соединенного выходом с элементом И 17. Входы элемента И 16 и элемента И 18 подключены к командоаппарату 19 пуска.

Выход формирователя 14 подключен к второму входу элемента И 18 ° соединенного с усилителем 20 отпирающих импульсов. Выход элемента И 17 подключен к входу дополнительного формирователя 21 импульсов ° соединенного выходом.с одним из входов элемента ИЛИ 22. Выход формирователя 15 подключен к входу другого триггера 23 и второму входу элемента ИЛИ 22. Второй вход триггера 23 подключен к командоаппарату 24 сброса. Выходы триггера 23 соединены с четвертым и пятым входами блока 12 и вторым входом элемента И

17. Выход элемента ИЛИ 22 соединен

1202917 4 напряжение на выходе формирователя

8 второго канала 2 управления (д), напряжение командоаппарата 24 сброса (е), напряжение командоаппарата 19 пуска (ж), напряжение на выходах формирователей 15 запирающих импульсов (з,и), напряжение на выходах дополнительных формирователей импульсов (к,л), напряжение на выходе эле10 ментов ИЛИ 22 (м,н), напряжение на выходе триггеров 13 (п,р), напряжение на коммутирующем конденсаторе

37 (с), токи i и i д первой и второй фазы преобразователя.

«с усилителями 25 и 26 запирающих импульсов.

Тиристорный преобразователь 3 подключен к тяговой сети 27 через входной фильтр, включающий дроссель

28 и конденсатор 29. В выходную цепь преобразователя 3 включен тяговый двигатель 30 постоянного то- ка последовательного возбуждения, Преобразователь 3 включает в себя главные тиристоры 31 и 32 и вспомогательные тиристоры 33 — 36, соединенный с коммутирующим конденсатором 37 по мостовой схеме. Тиристо ры 31 — 36 преобразователя соединень с соответствующими усилителями 20,,25 и 26 импульсов каналов 1 и 2 уп.равления. Кроме того, в преобразова.тель 3 входят обратные диоды 38 и

39 и сглаживаюшие дроссели 40 — 43.

В цепь главных тиристоров 31 и 32 вкпючены датчики 44 и 45 тока фаз преобразователя 3, которые подключены к преобразовательным узлам 4 тока соответствующих каналов 1 и 2 управления.

Блок 12 измерения коэффициента заполнения преобразователя (фиг.2) содержит интеграторы 46 и 47, которые подключены к одним из входов компараторов 48 и 49, другие входы которых подключены к источникам 50 и 51 опорного напряжения. Выход компаратора 48 соединен с одним из входов триггера 52 непосредственно, а

:выход компаратора 49 с другим вхо:дом триггера 52 через элемент И 53. Выходы триггера 52 соединены через элементы И 54 и 55 входами другого триггера 56. Выходы последнего соединены с первыми входами компараторов 48 и 49 через ключи 57 и 58 соответственно. Первый вход компаратора 48 соединен с ключом 59. Входы интеграторов 46 и 47, элементов

И 53 и двух элементов И 54 и 55 и ключа 59 являются входами блока измерения коэффициента заполнения преобразователя, а выходы триггера 56его выходами.

На временных диаграммах (фиг.З) представлены кривые: напряжения на выходе генератора 9 тактовых импульсов (а), напряжение на выходе формирователя 7. блокировочных импульсов (б), напряжение на выходе формирователя 8 задержанных импульсов первого канала 1 управления (в), напря,жение на выходе формирователя 7 (г) °

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии импульсы напряжения (кривая а, фиг.3) с одного выхода и в противофазе — с другого выхода генератора 9 (фиг.!) поступают на входы формирователей 7 и

8 блокировочных и задержанных импульсов, соответственно, формируют напряжения в первом канале 1 управления (крнвые б,в), и во втором канале 2 (кривые г,д). При отсутствии тока в фазах преобразователя 3 преобразовательные узлы 4 тока генерируют переменные напряжения пилообЭО разной формы с на".альными частотами, которые поступают на входы блоков

5 сравнения. Результаты сравнения напряжения источника 10, соответствующего величине тока i уставки, и пилообразных напряжейий амплитуда !

9 которых обратно пропорциональна частоте следования импульсов с преобразовательных узлов 4 тока, поступа от на входы блоков 6 инверсирова4О ния и компаратора 11 Наличие импульсов с блоков 5 сравнения исключает появление их на выходах блоков

6. Таким образом, в исходном состоянии на коммутатор 11 поступают за45 держанные импульсы напряжений (кривые в,д), блокировочные импульсы напряжений (кривые б,г) и сигналы . напряжений с выходов блоков 12 измерения, которые устанавливаются в

5О исходное состояние командой "Сброс" напряжения (кривая е), которая также устанавливает в исходное состояние триггеры 23. При этом с прямых выходов последних сигналы напряже55 ния, соответствующие уровню логичес-. кого "0", поступают на четвертые входы блоков 12, с инверсных выходов триггеров 23 сигналы напряжения, 12029

$ соответствующие уровню логической

"1", поступают на пятые входы блоков 12.

Сигналы напряжения с блоков 12 пропускают в исходном состоянии на одни входы триггеров 13 только задержанные импульсы напряжений (кривые в,д), устанавливая их в одно устойчивое состояние, При этом на другие входы триггеров 13 могут про- 10 ходить только импульсы напряжения, формируемые каналами управления по релейному принципу на запирание преобразователя, т.е. блоками 6 при достижении регулируемыми токами фаз 1S преобразователя уровня тока уставки.

С третьих выходов коммутаторов 11 (фкг.1) задержанные импульсы напряжений (кривые в,д) поступают через формирователи 14 импульсов на входы 20 элементов И 18. Прохождение импульсов напряжения (кривые в,д) через элементы И 18 блокировочных импульсов напряжения (кривые б,г) запрещается напряжением (кривая ж) от 25 командоаппарата 19 пуска.

В исходном состоянии до появления первого импульса, сформированного по релейному принципу, на запирание ткристорного преобразователя 3п проходят импульсы напряжения (кривые б,r) с формирователя 7 блокквовочных импульсов по цепи: элемент

И 1 6, элемент И 17, дополнительный формирователь 21 импульсов, эле35 мент ИЛИ 22, усилители 25 к 26 прк наличии от командоаппарата 19 пуска сигнала напряжения, соответствующего уровню логической "1".

С выхода блока 12 сигнал напряжения, соответствующий уровню логического "0", через элемент И 53 поступает на второй вход триггера 52 (фиг.2), устанавливая его в исходное состояние, напряжение с инверсного выхода триггера 52, соответствующее уровню логической "1", пропускает через элемент И 55 задержанные импульсы напряжений (кривые в„ ,ц) на первый вход триггера 56, устанавливая его в исходное состояние.

С входа блока 12 сигнал напряжения, соответствующий уровню логической

"1", через ключ 59 устанавлквает выход интегратора 46 на уровне, соответствующем уровню логического "0".

Прк появлении от командоаппара- та 24 сброса сигнала напряжения (кри-.

17 Ь вая), соответствующего уровню логической "1" в момент времени t (фиг.3) ,триггеры 23 находятся в состоянии ! ожидания импульсов запирания напряжений (кривые з,и). При появлении от командоаппарата

19 пуска сигнала напряжения (кривая ж), соответствующего логической

"1", например, в момент времени (по фкг.3), блокировочные импульсы напряжений (кривые б,г) проходят через элементы 16 и 17 на дополнительные формирователи 21 импульсов, поскольку напряжения (кривые к,л) с инверсных выходов дополнительных триггеров 23 соответствуют. уровню логической "1" (фиг.3).

Импульсы напряжений (кривые м,н), сформированные по фронтам блокировоч-ных импульсов напряжений (кривые б, г), поступают через элементы ИЛИ 22, параллельно включенные импульсные усилители 25 и 26 на управляющие электроды вспомогательных тиристоров

33 — 36 (фиг. 1) .

В соответствии с моментом времени

t поступления сигнала напряжения от командоаппарата 19 пуска импульс напряжения (кривая м) отпирает ткристоры 35 и 36, Триггеры 13 при этом остаются в исходном состоянии и уровень напряжения (кривые п,р) на ин- версных выходах триггеров 13 соответствует логической "1". Конденсатор 37 заряжается до напряжения контактной сети 27 плюсом на правой обкладке (кривая с).

Задержанный импульс напряжения (кривая в) через элемент И 18, усилитель 20 отпирает главный тиристор

31. ток i в первой фазе преобразователя 3 нарастает (кривая т), Импульс напряжения (кривая н) отпирает тиристоры 33 и 34, перезаряжает конденсатор 37 до напряжения контактной сети минусом на правой обкладке (кривая с). Задержанный импульс напряжения (кривая д) через элемент

И 18, усилитель 20 отпирает главный тиристор 32, ток i во второй фазе греобразователя 3 начинает нарастать (крквая у).

Следующий импульс напряжения (кривая м) отпирает тиристоры 35 и 36. Конденсатор 37 перезаряжается„ главный тиристор 31 запирается, ток спадает, По окончании нерезаряда конденсатора 37 до напряжения контактной сети плюсом на правой обкладке приходит задержанный импульс напряжения (кривая в), главный тиристор 31 отпирается и ток в первой фазе продолжает нарастать (кривая т).

С приходом очередного импульса напряжения (кривая н) конденсатор 37 перезаряжается до напряжения контактной сети минусом на правой обкладке главный тиристор 32 второй фазы преобразователя запирается, ток iz спадает (кривая у). Затем задержанный импульс напряжения (кривая д) с второго канала 2 управления вновь отпирает тиристор

32, ток i второй фазы преобразователя нарастает (кривая у).

Описанный процесс повторяется до выхода тока, протекающего па фазе преобразователя, в которой главный тиристор открыт первым, на уровень тока уставки.

В рассматриваемом случае ток первой фазы i, (кривая т) достигает уровня тока уставки первым в момент времени t, блок 5 сравнения канала 2 управления прекращает генерировать импульсы, блок 6 инверсирования выдает импульсы напряжения, которые проходят через коммутатор

11 на первый вход триггера 13 канала

2 управления, перебрасывают триггер

13 в противоположное состояние.

Напряжение (кривая м) на инверсном выходе триггера 13 соответствует логическому "0", формирователь 15 импульсов запирания канала 2 управления формирует импульс напряжения (кривая з), который отпирает вспомогательные тиристоры 35 и 36, перебрасывает в противоположное состояние второй триггер 23, напряжение (кривая к) с инверсного выхода которого соответствует уровню логического "0" и блокирует формирование импульсов напряжения (кривая м) на выходе цепи .из элемента И 16,,элемента И 17, дополнительного фор,,мирователя 21 импульсов. Конденса1 тор 37 перезаряжается до напряжения контактной сети плюсом на правой обкладке, главный тиристор 31 запирается, ток спадает (кривая т).

С гриходом задержанного импульса напряжения (кривая в) главный тиристор 31 отпирается, ток i в первой фазе преобразователя 3 нарастает (кривая т).

1202917

При достижении током . (кривая у) второй фазы преобразователя 3 уровня тока уставки i в момент времени, tz второй канал 2 управления аналогично первому формирует импульс эапирания напряжения (кривая и), который отпирает вспомогательные тиристоры 33 и 34, перебрасывает в противо- положное состояние второй триггер 23, 1О напряжение (кривая л) с инверсного выхода которого теперь соответствует логическому "0" и блокирует формирование импульсов (кривая н) на выходе цепи из элемента И 16, эле1S ментов И 17 и дополнительного формирователя 21. Конденсатор 37 перезаряжается до напряжения (кривая с) контактной сети минусом на правой обкладке, главный тиристор 32 запи20 рается, ток iz спадает (кривая у), С приходом задержанного импульса напряжения (кривая д) главный тиристор 32 отпирается, ток iz (кривая у) во второй фазе преобразователя 3

25 нарастает, !

В устройстве устанавливается периодический элеетромагнитный процесс.

Относительная продолжительность включения главных тиристоров 31 и 32 преобразователя определяется частотой вращения двигателя, а ток двигателя

30 равен сумме токов в фазах преобразователя 3. Частота пульсаций тока в цепи двигателя 30 и тока, потребляемого устройством иэ контактной сети 27 через входной фильтр, в два раза выше чатоты пульсаций тока каждой фазы, При выходе тока любой фазы преобразователя 3 на уровень тока уставки в другие моменты времени по отношению к началу периодов ркгулирования может вызвать отличающийся от рассмотренного случая процесс установ ления устойчивых периодических колебаний регулируемого тока. Однако процесс пуска двигателя до выхода токов в фазах преобразователя 3 на уровень тока уставки будет идентичным описанному.

По мере разгона двигателя 30 увеличивается относительная продолжительность включения главных тиристоров 3(и 32 двухфазного преобразова55 теля с общим узлом коммутации, при

0,5 в любой фазе преобразователя блок 10 канала управления этой фазой в момент поступления задержанного им1202917

10 пульса меняет алгоритм поступления импульсов с коммутатора 11 на входы триггера 13, а именно на первый вход триггера 1 3 начинают поступать импульсы с блока S сравнения, формируемые по релейному принципу при снижении регулируемого тока в фазе до уровня тока уставки; на второй вход †. задержанные имнульсы постоянной чатоты, прохождение которых при этом блокируется с выхода коммутатора 11 на вход формирователя 14 импульсов отпирания.

Изменение алгоритма поступления импульсов с коммутатора 11 на входы триггеров 13 при относительной продолжительности включения главных ти-, ристоров больще 0,5 обеспечивает

Р управления главными тиристорами 31 и 32 импульсами, формируемыми по релейному принципу, а управление вспомогательными тиристорами 33 - 36

;задержанными импульсами постоянной частоты. Описанный алгоритм функционирования устройства обеспечивает надежный пуск тягового злектропривода до уровня тока уставки и дос10 тижение уровня тока уставки током двигателя в процессе регулирования по более крутым участкам его нарастания (при g 0,5) или спада (при

8 > 0,5), чем и объясняется принциi5 пиальная возможномть существенного увеличения частоты регулирования тока.в отдельных фазах при ее постоянстве.

1202917 и а . д

Ю е д и

Фиг..7

ВНИИПИ Заказ 8371/22 Тираж 649 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4