Способ управления группой статических преобразователей

 

В способе используют импульсы управления двух видов - регулируемых по фазе и нерегулируемые (с заданной минимальной фазой), причем на тиристоры предыдущих зон регулирования преобразователей подают импульсы управления с заданной фазой, а на тиристоры последующих зон-с регулируемой фазой открытия тиристоров , в каждой последующей зоне регулируемые импульсы управления на отдельные преобразователи подают в моменты перехода через нуль напряжения сети со сдвигом фазы, равным по,лупериоду напряжения питающей сети для каждого последующего преобразователя и интервалом повторения, равным произведению полупериода напряжения питающей сети на число преобразовательных установок в группе, количество импульсов управления в интервале повторения увеличивают от одного в начале зоны до максимального, соответствующего коэффициенту заполнения интервала повторения, равному единице, в конце зоны. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s Н 02 М 7/00 (ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОО

1 р Я

Ж

I (((е(((Ъ

jGQ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4712084/07 (22) 27.06.89 (46) 15,04.93, Бюл, М 14 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электровозостроения (72) Б.К.Баранов и Б.А,Москалев (56) Лозановский А.Л. Испытания тиристорного электровоза переменного тока типа

ВЛ80Р, Электротехника, 1970, 1ч . 2, с. 55.

Авторское свидетельство СССР

N 883399000022, кл. Н 02 М 7/00, 1979. . (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГРУППОЙ СТАТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (57) В способе используют импульсы управления двух видов — регулируемых по фазе и нерегулируемые (с заданной минимальной фазой), причем на тиристоры предыдущих зон регулирования преобразователей подИзобретение относится к электротехнике и предназначено для управления работой нескольких статических преобразователей электроподвижного состава переменного тока.

Цель изобретения — увеличение коэффициента мощности при работе группы статических преобразователей электроподвижного состава переменного тока и существенное снижение их мешающего электромагнитного влияния на окружающую среду, На фиг. 1 приведена функциональная схема управления преобразователями двенадцатиосного электровоза типа ВЛ85, оборудованного группой из шести статических преобразователей; на фиг, 2 показаны диэгpBhiMbl напряжений для всех шести преоб„„Я3 „„1809518 А1 ают импульсы управления с заданной фазой, а на тиристоры последующих зон-с регулируемой фазой открытия тиристоров, в каждой последующей зоне регулируемые импульсы управления на отдельные преобразователи подают в моменты перехода через нуль напряжения сети со сдвигом фазы, равным полупериоду напряжения питающей сети для каждого последующего преобразователя и интервалом повторения, равным произведению полупериода напряжения питающей сети на число преобразовательных установок в группе, количество импульсов управления в интервале повторения увеличивают от одного в начале зоны до максимального, соответствующего коэффициенту заполнения интервала повторения, равному единице, в конце зоны. 2 з.п. ф-пы, 5 ил.

> разователей; на фиг. 3 — диаграммы напряжений для одного из преобразователей; на фиг. 4 приведены диаграммы напря>кений преобразователя для способа управления с удвоенным количеством ступеней в каждой зоне регулирования; на фиг. 5 показано изменение коэффициента мощности электровоза в зависимости от выпря>иленного напряжения преобразователей.

Способ осуществляется следующим образом, Устанавливают величину управляющего сигнала, выбирая одну из позиций регулирования контроллера 1 машиниста электровоза, по его величине определяют зону регулирования с помощью блока 2 управления тяговым электроприводом формируют импульсы управления, синхронизируя их с сетью, с помощью блока 3

1809518 системы формирования импульсов, распределяют импульсы управления в соответствии с полупериодами питающего напряжения на управляющие электроды тиристоров соответствующих плеч преобразователей 16 — 21 электровоза. Каждый из статических преобразователей 16-21 состоит из параллельно или последовательно соединенных мостов с несколькими зонами . регулирования и подключен к отдельным секционированным обмоткам силовых трансформаторов 22. и 23, одной и второй секций электровоза, Защита силовых цепей электровоза осуществляется главными воздушными выключателями 24 и 25, установленными на вводе питания электровоза от контактной сети 25 кВ, 50 Гц. Каждый из преобразователей 16 — 21 работает на индивидуальную нагрузку в виде двух параллельно соединенных тяговых двигателей 4-5, 6-7, 8-9, 10-11, 12-13, 14-15 каждой иэ шести двухосных тележек электровоза. Таким образом,при реализации предлагаемого способа управления группой статических преобразователей сохраняется существующая структурно-функциональная схема электровоза и принципы работы его электрооборудования.

С помощью блока управления тяговым электроприводом 2 формируют временной интервал повторения .импульсов управления, равный произведению полупериода

Тс напряжения питающей сети — на число

2 и-преобразователей в группе, обозначенный Т на диаграммах фиг. 2 — 4. На первой позиции регулирования в один из полупериодов питающего напряжения сети (диаграмма 26) на тиристоры соответствующих плеч преобразователя .16 подают один импульс управления с заданной минимальной фазой, соответствующей наибольшему интервалу включенного состояния тиристора, открывают тиристоры этих плеч преобразователя в течение одного полупериода за интервал повторения Т>, а остальную часть времени интервала повторения оставляют их закрытыми (диаграмма 27). В следующий полупериод питающего напряжения сети аналогично подают один импульс управления с заданной минимальной фазой на тиристоры плеч преобразователя 17, открывают тиристоры соответствующих плеч преобразователя втечение одного полупериода за интервал повторения Т>, а остальную часть времени интервала повторения оставляют их закрытыми. Далее подают импульсы управления поочередно на тиристоры плеч преобразователей 18 — 21, при этом интервалы повторения управляющих импульсов для каждого преобразователя в группе сдвигают по фазе друг

5 относительно друга на величину полупериотс да питающей сети —, как показано на диаграмме 27, и через временной интервал.

Tñ повторения Тл = — х и вновь подают им2 пульс управления с заданной минимальной фазой на тиристоры плеч преобразователя

16 и повторяют цикл управления. На второй позиции регулирования сохраняют первый

15 импульс управления и добавляют второй импульс управления, сдвинутый по фазе на

3.,тг рад относительно первого, открывают тиристоры соответствующих плеч преобразователей в течение двух полупериодов на20 пряжения питающей сети за интервал повторения, а остальную часть времени интервала повторения оставляют их закрытыми, как показано на диаграмме 28. На .третьей позиции регулирования сохраняют

25 два предыдущих импульса управления и добавляюттретий импульс, сдвинутый по фазе . на 2 тг рад относительно первого, открываюттиристоры соответствующих плеч преобразователей в течение трех полупериодов

30 питающей сети эа интервал повторения, а остальную часть времени интервала повторения оставляют их закрытыми, как показано на диаграмме 29. На четвертой позиции регулирования тиристоры преобразовате35 лей открывают в течение четырех полупериодов за интервал повторения (диаграмма

30), на пятой позиции втечение пяти полупериодов (диаграмма 31) и на шестой позиции— шесть полупериодов питающей сетИ за ин40 тервал повторения (диаграмма 32). КоличЕство импульсов управления на шестой позиции регулирования зоны достигает максимального, равного количеству отдельных преобразователей в группе — и, На ше45 стой позиции достигают полного выпрямленного напряжения на выходе преобразователей, соответствующего концу первой зоны регулирования, выпрямленное напряжение в пределах зоны регулируют

50 дискретно.с количеством ступеней — и. На седьмой позиции переходят к регулированию аналогичным образом выходного напряжения второй зоны. При регулировании второй зоны на все тиристоры соответству55 ющих плеч преобразователей первой зоны подают импульсы управления с заданной минимальной фазой, соответствующ наибольшему интервалу включенного состояния тиристора. Подобным же образом

1809518

Ua — U min — д — — — m Sn, 40

50

55 регулируют дискретно с количеством ступеней и выходные напряжения преобразователей на третьей и четвертой зонах. При регулировании каждой последующей зоны на тиристоры всех предыдущих зон регулирования подают импульсы управления с заданной минимальной фазой, а напряжение в каждой последующей зоне регулируют дискретно с крличествоь ступеней и, при этом целочисленное число импульсов управления на интервале повторения определяют по формуле где U — заданное напряжение на выходе преобразователя;

Оп,;, — напряжение, соответствующее нулевому числу импульсов на данной зоне, Ж3 — приращение напряжения на выходе от первого импульса, m — число импульсов управления на интервале повторения данной зоны.

Сравнение диаграмм напряжения на выходе преобразователя для предлагаемого способа управления (диаграммы 33 — 38) и для существующего способа зонно-фаэного управления (диаграммы 39 — 44) в начале, середине и в конце первой и второй зон регулирования показывает, что через преобразовательную часть электровоза при реализации предлагаемого способа управления проходят полуволны напряжения с минимальными искажениями, устранены резкие скачки выпрямленного напряжения, возникающие при плавном регулировании фазы управляющих импульсов от максимального до минимального значения при зонно-фазном регулировании, снижено содержание высших гармоник тока и напряжения в контактном проводе и электромагнитных помех на каждой позиции регулирования, Реализация предлагаемого способа позволяет повысить значение коэффициента мощности и снизить мешающие электромагнитные влияния электроподвижного состава на окружающую среду.

С целью повышения плавности регулирования выходного напряжения преобразователей предлагается вариант способа управления, при котором вводят дополнительные (не ходовые) позиции регулирования и этих позициях импульсы управления для регулируемой зоны в интервале повторения подают поочередно в одни полупериоды питающего напряжения с заданной минимальной фазой, а в другие полупериоды с фиксированным сдвигом фазы импульсов от моментов перехода через нуль

35 напряжения питающей сети, пр«этом напряжение на выходе каждого из группы статических преобразователей регулируют дискретно с количеством ступеней в каждой зоне регулирования равным 2п.

В один иэ полупериодов питающего напряжения сети (диаграмма 45) на первой дополнительной позиции регулирования подают один импульс управления за интер т вал повторения со сдвигом фазы на рад от момента перехода через нуль напряжения питающей сети, при этом открывают тиристоры соответствующих плеч преобразователя одну четверть периода сетевого напряжения; а остальную часть времени интервала повторения оставляют их закрытыми (диаграмма 46). Ка новой (ходовой) позиции регулирования (диаграмма 47) под-. ают один импульс управления за интервал повторения с заданной минимальной фазой, при этом открывают тиристоры соответствующих плеч преобразователя в течение одного,полупериода сетевого напряжения, а остальную часть времени интервала повторения оставляют их закрытыми. На третьей позиции регулирования (диаграмма 48) подают один импульс управления с заданной минимальной фазой, при этом открывают тиристоры в течение одного полупериода сетевого напряжения, и один импульс управления

Л подают со сдвигом фазы на рад от момента перехода через нуль напряжения питаю7L щей сети и со сдвигом фазы на (3 г + ) рад от первого импульса, при этом открывают тиристоры преобразователя еще одну четверть периода сетевого напряжения, а остальную часть времени интервала повторения оставляют их закрытыми. На четвертой (ходовой) позиции регулирования (диаграмма 49) подают два импульса управления с заданной минимальной фазой, при этом открывают тиристоры преобразователя в течение двух полупериодов сетевого напряжения, а остальную часть времени ин- тервала повторения оставляют их закрытыми, Действуя аналогичным образом на каждой позиции регулирования, постепенно увеличивают количество управляющих импульсов за интервал повторения на каждой последующей позиции регулирования, добавляя каждый раз одну четверть периода выпрямленного напряжения, как показано на диаграммах 50-56, пока не достигнут на двенадцатой позиции регулирования максимальной величины выпрямленного напряжения на первой зоне, когда открывают

1809518 тиристоры преобразователя все полупериоды за время интервала повторения (диаграмма 57). После этого переходят к регулированию последующей зоны. При регулировании выпрямления напряжения второй зоны на все тиристоры первой зоны регулирования подают импульсы управления с заданной минимальной фазой. На тринадцатой позиции регулирования подают на мосты второй зоны один импульс управления за время интервала повторения со сдвигом фазы на рад от момента перехода

К через нуль напряжения питающей сети (диаграмма 58). Далее на четырнадцатой позиции регулирования подают на мосты второй зоны преобразователя один импульс управления с заданной минимальной фазойзаинтервал повторения. (диаграмма 59). - На пятнадцатой позиции регулирования подают на мосты второй зоны преобразователя один импульс управления с заданной минимальной фазой и один импульс управления подают с фиксированным сдвигом фазы на

Л рад от момента перехода через нуль напряжения питающей сети (диаграмма 60), Действуя аналогичным образом на каждой последующей позиции регулирования второй зоны, постепенно увеличивают количество управляющих импульсов за интервал повторения, добавляя на каждой последующей позиции регулирования одну четверть периода выпрямленного напряжения, как показано на диаграммах 61 — 63 для шестнадцатой, семнадцатой и восемнадцатой позиций регулирования, пока не достигнут на двадцать четвертой позиции регулирования максимальной величины выпрямленного напряжения на второй зоне, когда открывают тиристоры мостов второй зЪны преобразователя все полупериоды за время интервала повторения. После этого переходят к регулированию последующей зоны.

При регулировании каждой последующей зоны на тиристоры предыдущих зон регулирования преобразователей подают импульсы управления с заданной минимальной фазой. Для группы из шести преобразователей при четырехзонном регулировании предлагаемый вариант способа обеспечивает сорок восемь позиций регулирования напряжения на выходе преобразователей, при этом под ходовыми понимаются позиции регулирования, на которых допускается длительная работа электровоза.

В рассматриваемом варианте способа управления с количеством ступеней в каждой зоне регулирования равным 2п можно

10 ния коэффициента мощности электровоза

15 за каждой позиции по предлагаемому спо собу регулирования, на всех ходовых пози20

50

40 с целью снижения электромагнитных помех осуществлять указанное регулирование в одной из зон регулирования преобразователей (например, только в первой зоне при трогании поезда).

Как следует из сравнения кривых 64 и

65, показывающих зависимости коэффициента мощности электровоза от выпрямленного напряжения при существующем способе зонно-фазного регулирования и способе разнополупериодного управления по а,с. Rb 839002, и последовательности треугольников 66, которыми отмечены значециях регулирования коэффициент мощности электровоза равен максимальным значениям коэффициента мощности, достигаемым в конце каждой зоны регулирования по известным способам. На дополнительных (не ходовых) позициях регулирования коэффициент мощности будет несколько ниже, чем на ходовых. Так как преобладающую часть времени работа электровоза идет на ходовых позициях регулирования, средневзвешенная величина коэффициента мощности электровоза в эксплуатации увеличивается на 8 — 10 и становится фактически равной максимально возмо>кной величине для выпрямительных электровозов, что повышает энергетические показатели системы электротяги переменного тока.и обеспечивает экономию электроэнергии на тягу поездов. Так как в предлагаемом способе управления через преобразовательную часть электровоза проходят полуволны напряжения с минимальными искажениями формы, снижается мешающее электромагнитное влияние тиристорных электровозов на окру>кающую среду в нормируемых в настоящее время диапазонах телефонной и радиочастотной связи, Формула изобретения

1. Способ управления группой статических преобразователей с несколькими зонами регулирования, состоящих из параллельно или последовательно соединенных мостов, каждый из которых подключен к секционированной вторичной обмотке трансформатора, работающих на индивидуальную нагрузку, заключающийся в том, что устанавливают величину управляющего сигнала, по его величине определяют зону регулирования, формируют импульсы управления, синхронизируя их с сетью, г эспределяют импульсы управления в соответствии с полупериодами пи гающего напряжения на управляющие электроды ти1809518

10 ристоров соответствующих плеч преобразователей, причем на тиристоры предыдущих зон регулирования преобразователей подают импульсы управления с заданной минимальной фазой, соответствующей наибольшему интервалу включенного состояния тиристора, а на тиристоры регулируемой зоны — с регулируемой фазой включения тиристоров, отличающийся тем, что, с целью увеличения коэффициента мощности и снижения электромагнитных помех, формируют временной интервал повторения импульсов управления, равный произведению полупериода напряжения питающей сети Т /2 на число и преобразователей в группе, интервалы повторения управляющих импульсов для. каждого преобразователя в группе сдвигают по фазе друг относительно друга на величину полупериода питающей сети Т,/2, импульсы управления на тиристоры каждой последующей регулируемой зоны формируют с заданной минимальной фазой, а напря-. жение на этой зоне регулируют дискретно с количеством ступеней и, при этом целочисленное число импульсов управления на интервале повторения определяют по формуле

L4 Омин) < „ где О> — заданное напряжение преобразователя;

Омичи — напряжение. соответствующее нулевому числу импульсов на данной зоне, 5 ЛО - приращение напряжения на выходе от первого импульса;

m — число импульсов управления на интервале повторения данной зоны.

2, Способ по и. 1, отличающийся

10 тем, что, с целью повышения плавности регулирования выходного напряжения преобразователей, импульсы управления для регулируемой зоны в интервале повторения подают поочередно в одни полупериоды пи15 тающего напряжения с заданной минимальной фазой, а в другие полунериоды — с фиксированным сдвигом фазы импульсов от моментов перехода через нуль напряжения питающей сети, например, на л /2 рад, при

20 этом напряжение на выходе каждого из группы статических преобразователей регулируют дискретно с количеством ступеней в каждой зоне регулирования, равным 2п.

25 3. Способ по и. 2, о тл и ча ю щи йс я тем, что, с целью снижения электромагнитных помех, мелкоступенчатое регулирование выходного напряжения осуществляют лишь в отдельных зонах регулирования пре30 образователей.

1809518 о

1809518

7п

59

Фнг. II

Составитель Б.Москалев

Техред M.Moðãåíòàë Корректор М.Петрова

Редактор Т.И ванова

Заказ 1290 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113935, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101