Способ управления мощностью управляемого вентильного преобразователя

 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике злектроподвижного составаf Целью изобретения я вляется улучшение входного коэффициента мощности управляемого вентильного преобразователя. содержит силовой с одной первичной обмоткой 1, вторичная обмотка которого имеет секции 2-4 j многозон - ный выпрямителы-гый мост на тиристорах Узел искусственной коммутации выполнен ка коьЕ гзгтирующем конденсаторе 14 и коммгутирзпощ1 1Х тиристорах 15 -18б Полярность тока в первичной обмотке i сшювого тр-ра измегняется к моменту смены полярносГти питающего напряжения путем подключения комм -тирующего конденсатора 14 к половине вторичной обмотки силового трансформаторас 3 ил С 3 СО СП со оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЩЕЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) О О . (511 Н 02 M 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Г10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3922830/24-07 (22) 02.07,85 (46) 15 ° 12,87, Бюл, Н 46 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электровозостроения и Омский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) А.Л,Лозановский, Н.С,Назаров, Б,И,Наумов и И,Г,Семкин (53) 621,314,632(088,8) (56) Тихменев Б,Н., Трахтман Л,N, Подвижной состав электрифицированных железных дорог, Теория работы электрооборудования, Электрические схемы и аппараты: Учебник для вузов ж,-д,. трансп. - 4-е изд., перераб, и доп, -И,: Транспорт, 1980, с, 472, Гриньков Б,Н, Тиристорное регулирование на электроподвижном составе переменного тока за рубежом, Железные дороги мира. 1979, М 3, с,:5 30, Maeac fi О;А, Энергетические показатели вентильных преобразователей-, М,: Энергия, 1978, с, 320, Капустин Л.Д,, Копанев А.С,, Ло» зановский А.Л, Особенности устройст=ва и эксплуатации электровоза ВЛ80Р.—

М,: Транспорт, 1979, с. 175. (54 1 СПОСОБ УП! АВПЕНИЯ МОЩНОСТЬЭ! УПРАВ ЧЕ110ГО ВЕНТИЛЫ ОГО ПРЕОБРАЗОВА

ТЕЛЯ (57) Изобре .ение относится к силовой преобразовательной технике электроподвижног0 состFHà, Целью изобретения является,лучщение входного коэффициента мощно ги управляемого вентильного преобразователя. Устр-во содержит сипово"i тр-р с одной первичной обмоткой 1, вторичная обмотка которого и: ет секции 2.-4, многозонный выпрямительные мост на тиристорах 5--!2. Узел искусственной коммутации выполнен -:à коммутирующем конденсаторе 14 н коммутирующих тиристорах 15-!8,. Полярность тока в первичной обмотке 1 с лового тр-ра изменяется к момен,у смены полярноСти питающего напряжения путем подключения коммутирующего конденсатора 14 к половине вторичной обмотки силового трансформатора. 3 ил.

1359871

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено преимущественно для электроподвижного состава переменного тока, Цель изобретения - улучшение входного коэффициента мощности управляе-, мого вентильного преобразователя, На фиг,1 показан пример силовой схемы тиристорного.преобразователя; на фиг,2 - система управления преобразователем; на фиг,З вЂ” диаграммы основных электромагнитных процессов, поясняющие работу преобразователя по предлагаемому способу, Индексы при функциях указывают, какому элементу схемы фиг,1 они соответствуют, Мощность, поступающая от источника питания на нагрузку через управ= ляемый вентильный преобразователь, регулируется путем изменения фазы от пирания соответствующих тиристоров преобразователя в зависимости от требуемого уровня мощности на нагрузке

При этом мощность от источника питания к нагрузке идет двумя потоками, огерации над которыми отличаются в периоды коммутации тока, потребляемого из источника, Направление тока, образующего первый поток, изменяется в момент изменения полярности питающего напряжения (т.е. с опережением по отношению к моменту естественной коммутации). Коммутация тока, образующего второй поток мощности, начинается с задержкой по отношению к моменту смены полярности питающего напряжения. Это объясняется тем, что для отпирания очередных вентилей необходимо, чтобы напряжение, прикладываемое к ним, достигло определенной величины, Кроме того, собственно коммутация (продолжительность которой определяется индуктивностью контура коммутации, т,е, индуктивностью силового трансформатора и т.п.) еще больше сдвигает входной ток этого потока в сторону отставания от подводимого напряжения. Таким образом, этот ток, коммутируемый естественным образом, отстает по фазе от тока первого потока.

Предлагаемый способ предполагает несколько вариантов выделения потоК0В мощности9 поступающих От источ ника питания через преобразовательна нагрузку: первый - это питание от одного источника нескольких нагрузок (не менее двух), второй - питание

2Г

55 общей нагрузки от секционированного источника (например, трансформатора с секционированной первичной или вторичной обмоткой). Отсюда вытекает многовариантность схемных решений по предлагаемому способу, При секциониро=ванной обмотке трансформатора эти секции могут быть связаны электрически, магнитно или тем и другим. способом, Одна из возможных схем приведена на фиг.1,, Она содержит силовой трансформа гор с одной первичной об моткой 1, вторичная обмотка которого имеет секции 2-4, многозонный выгря= мительный мост на тиристорах 5-!.2, тяговую электрическую нагрузку 13,коммутирующую емкость 14 и четыре коммутирующих тиристора 15--18,„ Эле= менты 14-18 образуют узел искусствен-ной коммутации (УИК)„

Система управления преобразователем содержит (фиг.2) задатчик 19 зо= ны регулирования, коммутатор 20, за= датчик 21 угла регулирования, объект

22 регулирования, которым является тиристорный преобразователь (ТП), датчик 23 полярности питающего напряжения, датчик 24 напряжения на вторичной стороне трансформатора9элемент 25 сравнения, задатчик 26 напря=жения отпирания тиристоров, датчик

27 тока емкости,, датчик ?8 зремени перезаряда емкости, арифметический блок 29, элемент 30 сравнения, дат.чик 31 тока нагрузки, элемент 32 сравнения, датчик 33 тока тиристоров

УИК, блок 34 логики, датчик 35 напря.- же мя на емкости, задатчик Зб напря жения на емкости, элемент 37 сравнения, Система управления работает сле дующим образом.

Уровень мощности, подводимый от источника питания, которым является силовой трансформатор, определяется задатчиками 19, 21, которые задают количество питающих тяговую нагрузку обмоток трансформатора и моменты их включения соответственно. Подключение нагрузки осуществляет по командам коммутатора 20 непосредственно исполнительный орган, которым является

ТП (фиг,1), Коммута-ор 20 по сигналам задатчика 19 и датчика 23 устанавливает плечи преобразователя, участвую= щие в работе в каждый конкретный пе= риод времени, Датчик 23 определяет

l 3 598 полярность текущего полупериода на основании сигнала датчика 24, измеряющего мгновенное значение напряжения на вторичной стороне трансформатора, При этом подача управляющего импульса на тиристор возможна лишь после того, как величина прямого напряжения, приложенного к нему, достигнет требуемой величины. Выполнение указанного принципа осуществляется 10 задатчиком 26 напряжения отпирания тиристоров и элементом 25 сравнения, сопоставляющим эту величину с показаниями датчика 24. Элементы 28-37 обеспечивают работу узла искусствен- 15 ной коммутации.

Рассмстр;.м реализацию предлагаемого способа управления применительно к четвертой зоне регулирования выпрямленного напряжения для режима 20 тяги, Полярность заряда емкости 14 показана на фиг.l. В момент времени (фиг„З) открыты тиристоры 7, 12, 1

Ток нагрузки i проходит по цепи:

13 секции 3, 4 - тиристор 12 — нагрузка 13 — тиристор 7„ Подключение к нагрузке следующей секции трансформатора происходит по команде эадатчика

21, подающего в момент "... импульс, который через коммутатор 20 поступает на тиристор 5, Начинается коммутация вентилей 5 и 7, приводящая к выключению плеча 7. В результате нагрузка подключается по всей вторичной обмотке силового трансформатора, 35 ток нагрузки i проходит по цепи: плечо 5 — секции 2, 3, 4 - плечо 12нагрузка 13.

Начало искусственной коммутации р в текущем полупериоде выбирается с учетом продолжительности этого процесса в предшествовавшем полупериоде. Для этого на основании сигнала датчика 27 тока емкости датчик 28 определяет время перезаряда емкости 1, после чего эта величина поступает на арифметический блок 29, делящий ее пополам, Именно блок 29 определяет момент начала изменения направления тока в источнике питания, т,eo его реверсирование, посредством подачи импульса на соответствующий вход коммутатора 20. с выхода которого сигнал управления подается на тиристор

16. Начинается процесс колебательно- 55

ro перезаряда емкости 14 по цепи: обмотка 4 - конденсатор 14 — тиристоры 16, 2„ - в ходе которого возрас7l 4 тает ток конденсатора 14, а следовательно, и сигнал с датчика 27.Элемент 30 сравнения сопоставляет этот

1 сигнал с величиной сигнала датчика

31 (он измеряет мгновенное значение тока нагрузки), В момент, когда

1+ станет равным i„, плечо 12 закрывается, а на выходе элемента 30 сравнения образуется сигнал, который через коммутатор 20 отпирает тиристор

18 (момент t,. на фиг,3). Ток i « продолжает увеличиваться, так как для дальнейшего перезаряда емкости имеется цепь: обмотка 4 — конденсатор 14тиристоры 16, 18. Очевидна, что ток протекающий по обмотке 4 в ин1+ 9 тервале t 4-t,, имеет противоположное направление по отношению к току,иду щему по обмоткам 2 и 3. В момент t< ток тиристора 18 достигает величины нагрузки, т.е, i, =, Это означа13 ет, что равные токи текут по равным обмоткам в противоположных направлениях, Таким образом, ток в первичной обмотке становится равным нулю.

Момент окончания реверсирования тока в половине вторичной обмотки трансформатора i определяется элементом 32 сравнения, сравнивающим сигналы датчиков 31 и 33 (последний измеряет ток в той цепи тиристоров

УИК, которая шунтирует силовые плечи ТП, - поз. 17 18 на фиг.l). Сиг нал, образующийся на выходе элемента

32 в момент равенства величин измеряемых датчиками 31 и 33 (т.е. ,), поступает на логический блок

34, который пропускает указанный сигнал на соответствующий вход коммутатора в том случае, если полярность напряжения на емкости измени» лась по отношению к моменту начала перезаряда конденсатора УИК. Для контроля этого параметра на второй вход блока 34 поступает сигнал с датчика 35 напряжения на емкости, Сигнал с блока 34 поступает на ком мутатор 20, который формирует импульс управления плечу ll в момент 1,, От» пирание тиристора 11 запирает 18, что означает завершение процесса ре» вгрсирования тока i+. Действительно, теперь ток нагрузки одновременно идет по двум цепям: первая - нагруз ка 13, тиристор 5, обмотки 2, З,кон» денсатор 14, тиристор 15; вторая -, нагрузка 13, тиристор 11, обмотка 4, конденсатор 14, тиристор 16.

1359871

Окончание процесса перезарядки емкости определяется элементом 37 сравнения, сопоставляющим сигналы с датчика 35 и задатчика 36 величины напряжения на емкости. По достижении напряжением конденсатора заданной величины на выходе элемента 37 формируется сигнал, поступающий на коммутатор и далее на тиристорное плечо

10, отпирание которого-приводит к запиранию 16, т,е, прекращается дальнейший заряд емкости (момент t, на фиг.3).

Датчик 28 времени, измеривший продолжительность периода коммутации по времени протекания тока емкости (который регистрируется датчиком

27), обеспечивает однозначное определение момента л начала следующего цикла принудительной коммутации то- 20

° ков. Действительно, р = С /2, Следует подчеркнуть, что коммутация тиристоров 11 и 18 в момент t обеспечивает плавное безударное за25 вершение процесса реверсирования тока в обмотке 4, Кроме того, начиная с момента 1, происходит коммутация тиристоров 5 и 11, заканчивающаяся выключением 5 в момент t„. Это позволяет коммутатору 20 по сигналам элементов 19, 23-26 открыть тиристор 8 °

С момента 1 ТоК нагрузки идет по цепи: тиристор 11 - обмотки 4, 3тиристор 8 - нагрузка 13, . о

Далее процессы в преобразователе повторяются аналогичным образом. Это значит, что в момент t открывается тиристор 6, закрывается - 8, нагрузку питает вся вторичная обмотка силового трансформатора. В момент t

10 начинается (реверсирование тока в секции 4 ° Для этого открывается тиристор 15, а в момент Ь „„ - 17, В момент t ток тиристора 17 достигает величины тока нагрузки, т.е. равные токи текут по равным обмоткам в противоположных направлениях, затем, в момент 1 „ (после смены полярности напряжения на конденсаторе) открыва ется тиристор 12 ° В момент 1, когда

50 напряжение на емкости достигает заданного уровня, открывается тиристор

9, закрывается - 15, заряд конденсатора прекращается, К моменту С, завершается гашение тока в секциях 2 и 3, что позволяет открыть тиристор 7, Ток нагрузки идет по цепи: тиристор

7секпии 3 и 4-тиристор 1 2-нагрузка 13 .

Подобным образом происходит рабо та преобразователя на третьей зоне регулирования, когда используются обмотки 3, 4 трансформатора. На первой и второй зонах, когда нагрузка питается соответственно от секции 3 и 2, 3, с помощью емкости 14 выключаются плечи 7, 8 или 5, 6.

Положительный эффект от применения предлагаемого способа управления определяется прежде всего повышением значений входного коэффициента мощности преобразователя Х, который равен произведению коэффициента искажения формы тока ; в питающей сети, на коэффициент сдвига cos y первых

У гармоник напряжения и тока, потребляемого преобразователем, т.е, Х =

= 1; cos (р . Применение этого способа позволяет сохранить достаточно высокие значения, присущие естественной коммутации, вместе с тем серьезно повысив значения cos q . В резуль

t тате применительно к серийно выпускаемым преобразователям для электроподвижного состава увеличение коэффициента-.мощности составит в режиме. тяги .не менее 8-123, при рекуперации - 10-157.

Формула изобретения

Способ управления мощностью управляемого вентильного преобразователя, заключающийся в том, что изме ряют подводимое к преобразователю напряжение, фиксируют моменты смены

его полярности, после чего с помощью вентилей преобразователя начинают коммутацию входного тока, завершающуюся с отставанием по отношению к указанному моменту, измеряют выпрямленные напряжение и ток, сравнивают последние с заданными и по рассогласованию формируют сигналы управления выходным потоком мощности, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения входного коэффициента мощ-. ности управляемого вентильного преобразователя, формируют дополнительный поток мощности, поступающий от источника питания через указанный преобразователь на нагрузку, измеря.ют мгновенное значение тока этого потока и в момент смены полярности подводимого напряжения на входе преобразователя изменяют направление тока на противоположное, 1359871

Составитель Г,Мыцык

Техред M.Дидык Корректор Н.Король

Редактор A.Ìàêîâñêàÿ

Заказ 6161/54

Тираж 659 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по. делам изобретений и открытий

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

Производственно-поли-рафическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4