Устройство для регулирования угла запаса ведомого сетью инвертора

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1270852

А1 (51) 4 Н 02 М 7/515

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3675292/24-07 (22) 21. 12.83 (46) 15. 11.86. Бюл. Р 42 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электровозостроения (72) С.А.Крамсков (53) 621.316.727 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 767933, кл . Н 02 P 13/ 16, 1978, Авторское свидетельство СССР

У 1018189 кл. H 02 P 13/18, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

УГЛА ЗАПАСА ВЕДОМОГО СЕТЬЮ ИНВЕРТОРА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления тиристорным инвертором. Целью изобретения является повышение коэффициента мощности путем повышения быстродействия и уменьшение угла запаса инвертора. На входы нуль-органа 7 поступают сигналы с выходов блока деления 6 и через ограничитель напряжения сверху и снизу 12 — выходной сигнал датчика тока 11. При превышении второго сигнала над первым на выходе нуль-органа 7 скачком появляется напряжение положительной полярности. Для предотвращения ложных срабатываний нульоргана 7 в середине полупериода ограничитель напряжения сверху и снизу 12 ограничивает выходной сигнал датчика тока 11 сверху на уровне меньшем, чем величина естественного ограничения выходного сигнала блока деления 6. Ограничение снизу необходимо для того, чтобы при отсутствии тока нагрузки нуль-орган формировал импульсы. Для обеспечения возможности входа в режим инвертирования к выходу ограничителя напряжения сверху и снизу 12 через фильтр 13 подключен пороговый элемент 14, величина напряжения на выходе которого выбрана такой, чтобы угол управления увеличился до 50-60 эл. град., что обеспечивает возможность входа в рекуперацию при любых условиях энергоснабжения . 2 ил.

1 1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к силовой пре,образовательной технике, и может быть использовано для управления тиристор. ным инвертором, ведомым сетью, преимущественно на электроподвижном составе.

Целью изббретения является повышение коэффициента мощности путем повышения быстродействия и уменьшение угла запаса инвертора.

На фиг, 1 представлена блок схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы напряжений на выходах узлов устройства.

Устройство содержит соединенные последовательно измерительный трансформатор 1, выпрямительный мост 2, транзисторный ключ 3, элемент сравнения 4, интегратор 5, блок деления

6, нуль-орган 7, распределитель 8 и блок выходных усилителей 9, Ко второму входу элемента сравнения 4 подключен задатчик напряжения смещения

10. K выходу датчика тока 11 нагрузки подсоединен ограничитель напряжения сверху и снизу 12, выход которого соединен с другим входом: нульоргана 7 и через фильтр 13 и пороговый элемент 14 — с третьим входом элемента сравнения 4. Вход "Делимое" блока деления 6 подключен к выходу блока умножения 15, входы которого соединены с входами выпрямительного моста 2 и генератора пилообразного напряжения 16 с формирователем синхронизирующих импульсов 17 на входе, Выходы формирователя син хронизирующих импульсов 17 и нульоргана 7 подсоединены соответственно к R u S-входам К$-триггера 18, выход которого подключен к управля ющему входу гранзисторного ключа 3.

Устройство подключено к преобразовательному блоку двигатель 19 инвертор 20 — трансформатор 21

Устройство работает следующим образом.

Сиг налы U нуль-ор га на 7 ч ер е з

1 распределитель 8 поступает на «ход выходных усилителей 9, которые по их переднему фронту формируют импульсы Ug управления тиристорами инвертора 20 с углом опережения р „Блок умножения 15 производит перемножение мгновенных значений выходных сигналов

U генератора пилообразного напряжения 16 и Ug выпрямительного моста

270852

3 лителя 6.

Из анализа дифференциального управления контура коммутации

) U„, du)t вытекает, что для о( осуществления коммутации, т. е. переключения тока нагрузки I с одного плеча инвертора на другое, необходимо изменить ток трансформатора

21 на противоположный, т.е, на величину 2Id а с учетом пульсаций— примерно на 2,5 ° Q. Для этого требуется такая вольт-секундная площадь сРр питающего напряжения S„= J 11„, . ddt, чтобы отношение S /Х 2,5 I g где

Х вЂ” реактанс сети, = 3 -Р— угол управления; о - угол коммутации.

Учитщвая изложенное, получим условие завершения процесса коммутации до конца полупериода (условие фазовой устойчивости инвертора) 2. Величина сигнала U, на выходе генератора пилообразного напряжения

16 в каждый момент времени пропорциональна (с коэффициентом К ) величине угла $:= Ji — <Х, т.е. угловому времени от текущего момента до конца полупериода (U„ =K P) Напряжение U на выходе моста 2 пропорционально (с коэффициентом К„) мгно10 венному значению питающего напряжения UqÄ = U " sinQt (О =К 0<р, ) .

Произведение этих сигналов на выходе блока умножения 15 U =K К К

0 о f> U„„» де Кп

1 эффициент умножителя 15. В конце по,лупериода (при углах P< 60 эл. град можно считать, что каждый момент времени напряжение на выходе блока умножения 15 пропорционально вольт20 секундной площади S питающего напряжения от текущего момента до конца полупериода, В диапазоне углов 60 эл. град. вольт-секундную площадь S питающего напряжения можно определить как площадь треугольника

S = $ 0пит /2 с погрешностью < 10%.

Тогда 01 = К К Kq 2 Б °

Сигнал U, и выходной сигнал U интегратора 5, пропорциональный величине реактивного сопротивления Х питающей сети (Us =K„ Х), поступают на вход блока деления 6, на выходе которого формируется сигнал U<

U Кь Ко Кп 2 S Ku S

- - К ю---- --- — — — — - К

35 0, К,Х Х где К масштабный коэффициент де1270852 4 лупериода питающего напряжения Ji вольт-секундная площадь выходных сигналов U транзисторного ключа 3 стала равной вольт-секундной площади напряжения смещения Т ° U„o, а средняя за полупериод величина сигнала разности U< — равной нулю. В этом случае в системе наступает равновесие.

Так как в период коммутации питающее напряжение на вторичной обмотке трансформатора 2 1 близко к нулю, то вольт-секундная площадь выходного напряжения транзисторного ключа

3 примерно равна площади напряжения от момента окончания коммутации до

Т, т. е. пропорциональна S . Следовательно, система автоматически поддерживает постоянную величину вольтщ секундной площади напряжения после окончания коммутации, т.е. площадь запаса S, .

Если величина реактанса сети Х постоянна, а напряжение У„ уста25 новлено таким, что в момент срабатывания нуль-органа 7 выполняется равенство (3), то при любых изменениях тока I и напряжения U, (в рабочих режимах — при углах (60 эл.. град. вольт-секундная площадь запаса S,- остается примерно постоянной.

Напряжение U интегратора 5 при этом не изменяется, так как вольт-секундная площадь напряжения U транзисторного ключа 3 неизменна и равна (т П о

Если величина реактивного сопротивления сети Х изменяется, то это приводит к нарушению равенства (2).

При этом изменяется Я, на выходе элемента сравнения 4 появляется сигнал разности Ц, который корректирует напряжение П = К„Х на выходе интегратора 5 так, чтобы площадь напряжения U, стала опять равной ГУ,О;

45 50

2 5 Id S/X= — 0,„, d

На выходы нуль-органа 7 поступает сигнал Ц = К S/Х, а также через ограничитель напряжения снизу и сверху

12 выходной сигнал U, датчика тока

11, пропорциональный току нагрузки (U« К,. Ig). При U„ c Uz напряжение

U на выходе нуль-органа 7 равно ну- 10 лю. При U, > U,:, на выходе нуль-органа 7 скачком появляется напряжение

U> положительной полярности . Коэффициенты К и К, подобраны так, что в момент срабатывания нуль-органа

7, т.е, при U« = Uz, выполняется условие завершения коммутации до конца полупериода (I) и при этом остается некоторый запас вольт-секундной площади S, т .е, обеспечи— вается равенство

2,5.1,у = (S — S ) /Х, (2) Таким образом, импульсы U управ— ления инвертором, которые определяются передним фронтом сигналов U формируются в каждый полупериод при условии соблюдения фазовой устойчивости (1).

Кроме того, передним фронтом выходных сигналов нуль-органа 7 запус30 кается RS-триггер 18, который устанавливается в исходное положение выходными сигналами формирователя синхронизирующих импульсов 17 в моменты . При этом на выходе триггера каждый полупериод формирует прямоугольные импульсы U фаза и длительность которых соответствует углу ф опережения включения тиристоров. При наличии на управляющем входе положительных импульсов U, транзисторный ключ 3 открывается и пропускает на вход элемента 4 напряжение измерительного трансформатора 1, которое предварительно выпрямляется мостом 2, т.е. транзисторный ключ 3 подает на вход элемента сравнения 4 напряжение U в интервале % -У. Это

2 напряжение алгебраически складывается с напряжением смещения UÄ saдатчика 10 и подается на вход интегратора 5, При наличии разностного сигнала U на выходе элемента сравнения 4 выходное напряжение интегратора изменяется таким образом (при этом соответственно меняется величина угла P )), чтобы за период квантования Т, равный длительности по—

Чтобы защищаться от изменений Х, постоянная времени интегратора T должна быть выбрана не больше, чем время изменения Х. Поскольку корректировка величины К,- Х может быть осуществлена не ранее, чем к следующему полупериоду, то уставка площади запаса S должна быть больше, чем величина возможного уменьшения

S при изменении Х за один полупер иод.

С учетом конечной чувствительности элементов, погрешностей изме2 70852

30

1 рения и вычислений уставка ) долж з на соответствовать углам запаса сГ = — 7-10 эл. град., а постоянная времени Т„интегратора 5 — 1-3 с.

Для предотвращения ложных срабатываний нуль-органа 7 в средине полупериода ограничитель 12 ограничивает выходной сигнал U датчика то-. ка 11 сверху на уровне меньшем, чем" величина естественного ограничения выходного сигнала 11 делительного блока 6 (фиг. 2) .

Ограничение снизу необходимо для того, чтобы при отсутствии тока нагрузки Е, нуль-орган 7 формировал импульсы U поскольку, не подавая на тиристоры импульсы управления, невозможно войти в режим рекуперации, так как инвертор закрыт.

Если ток нагрузки, а значит и коммутация тиристоров отсутствует, и импульсы управления на выходе нульоргана 7 формируются по установке ограничителя I ; то такая ситуация соответствует величине Х:= О, т, е, мгновенной коммутации. В этом случае интегратор 5 отработает величину К„ХО. Такое исходное положение схемы не дает возможность при малой величине S (угол запаса

7-10 ) войти в рекуперацию, так как реальное Х всегда больше О, Для обеспечения возможности входа в режим инвертирования к выходу З5 ограничителя 12 через фильтр 13, который сглаживает пульсации, подключен пороговый элемент 14, выход которого соединен с третьим входом элемента сравнения 4. При токе Ig, > 20+ 40

+ЗОБ I íîìèíàëüíîé величины тока нагрузки сигнал на выходе порогового элемента равен нулю. Если сигнал

Кг Ig, пропорциональный току нагрузки, станет меньше уставки порогового 45 элемента 14, то на его выходе появится напряжение положительной полярности U» которое суммируется элементом сравнения 4 с напряжением U„ä „ Нанряжение U на выходе интегратора 5 и угол управления с постоянной времени Т„ увеличатся при этом так, чтобы вольт-секундная площадь напряжения на выходе транзисторного ключа 3 стала равной вольт-секундной площади суммарного сигнала Г(U +U q) .

Величина напряжения U, на выходе порогового элемента 14 выбрана такой, чтобы угол управления увеличился до 50-60 эл. град. Это обеспечит воэможность входа в рекуперацию при любых условиях энергоснабжения, После входа в режим инвертирования, когда ток нагрузки станет ъ 20307. I; пороговый элемент 14 выключится и устройство плавно (с постоянной времени Т =1-3 с) уменьшит угол запаса d до 7-10 эл. град.

Формула изобретения

Устройство для регулирования угла запаса ведомого сетью инвертора, содержащее последовательно соединенные измерительный трансформатор, выпрямительный мост, транзисторный ключ, элемент сравнения, интегратор, а также подключенный к другому входу элемента сравнения задатчик напряжения смещения, нуль-орган, выход которого через распределитель подсоединен ко входу блока выходных усилителей, генератор пилообразного напряжения с формирователем синхронизирующих импульсов на входе, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения коэффициента мощности путем повышения быстродействия и уменьшения угла запаса инвертора, оно снабжено датчиком тока. нагрузки, ограничителем напряжения сверху и снизу, фильтром, пороговым элементом, блоком деления, блоком умножения и

RS — триггером, причем выход датчика тока соединен через ограничитель напряжения сверху и снизу с первым входом нуль-органа и через фильтр и пороговый элемент — с третьим входом элемента сравнения, входы блока ум,ножения подсоединены к выходам выпрямительного моста и генератора пилообразного напряжения, а выход — со входом "Делимое" блока деления, вход

"Делитель" которого соединен с выходом интегратора, выход блока. деления подключен к другому входу нуль-органа, S-вход RS-триггера соединен с выходом нуль-органа, R-вход — с выходом формирователя синхронизирующих импульсов, а выход RS-триггера с управляющим входом транзисторного ключа.

12 10852

Составитель В. Бунаков

Редактор Н.Горват Техред Л.Олейник Корректор . утяга

В.Б тяга

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4

L/ó

4/у

>ra

Уу /з Заказ 6250/55 Тираж 631 Подписное

ВНЙИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5 й// ю1 и Р