Способ регулирования четырехквадрантного установочного органа, выполняющего роль преобразователя тока сети

 

Изобретение относится к способу регулирования четырехквадрантного установочного органа, выполняющего роль преобразователя тока сети, который со стороны выхода питает через промежуточный контур постоянного напряжения и импульсный инвертор электроприводы трехфазного тока и со стороны входа подключен к сети переменного напряжения предпочтительно через многообмоточный трансформатор с вторичными обмотками для четырехквадрантного установочного органа и дополнительных потребителей, например для преобразователей вспомогательных служб, и набор фильтров помех для применения, в частности, на питаемых от контактной сети электровозах трехфазного тока. Для способа, с помощью которого без существенных затрат можно компенсировать часто значительный, создаваемый на стороне сети преобразователями вспомогательных служб реактивный ток, в особенности при частичной нагрузке на тяговые преобразователи, согласно изобретению предлагается то, что дополнительно к регулированию активной составляющей тока производится регулирование постоянного значения реактивной составляющей тока, отдаваемого четырехквадрантным установочным органом в сеть переменного тока, при этом наряду с токами в приводе, соответственно, в четырехквадрантном установочном органе суммарно оцениваются токи в наборе фильтров помех и, при необходимости, токи в преобразователях вспомогательных служб и используются для регулирования реактивного тока. Технический результат - упрощение. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу регулирования четырехквадрантного установочного органа, выполняющего роль преобразователя тока сети, работающего от контактной сети трехфазного электровоза, который, с одной стороны, питает через промежуточный контур постоянного напряжения (5) и импульсный инвертор (6) электроприводы трехфазного тока и, с другой стороны, через многообмоточный трансформатор (2), вторичные обмотки (8, 9) которого предусмотрены для четырехквадрантного установочного органа (1) и преобразователей вспомогательных служб (10), и набор фильтров помех (3) подключен к сети переменного напряжения.

Способы этого типа применяются, например, в системах привода электровозов трехфазного тока. На фиг. 2 показана принципиальная схема, которая широко применяется в различных вариантах.

На схеме четырехквадрантный установочный орган 1 соединен с помощью многообмоточного трансформатора 2 и через набор фильтров помех 3 с контактной сетью 4 (контактным проводом) переменного напряжения с, например, 15 кВ и 16 2/3 Гц. Четырехквадрантный установочный орган 1 выполняет роль импульсного преобразователя тока, который преобразует трансформированное напряжение контактной сети uN в регулируемое постоянное напряжение ud и питает промежуточный контур постоянного напряжения 5. К промежуточному контуру постоянного напряжения 5 подключены импульсные инверторы 6, через которые питаются не изображенные здесь асинхронные тяговые электродвигатели. Многообмоточный трансформатор 2 имеет наряду с подключенной к напряжению контактной сети uf первичной обмоткой 7 и питающей четырехквадрантный установочный орган 1 вторичной обмоткой 8 еще одну вторичную обмотку 9 для подключенных преобразователей 10 дополнительных служб. Позицией 11 обозначен токоприемник.

Необходимо здесь отметить, что изображенная структура является упрощенной схемой. Изображенные элементы, как например, четырехквадрантный установочный орган 1, импульсный инвертор 6 и преобразователи 10 вспомогательных служб могут применяться в многократном числе.

Применение четырехквадрантного установочного органа 1 в качестве преобразователя тока сети становится возможным благодаря его способности обратной связи и что за счет этого можно получать токи с любым фазовым углом по отношению к напряжению контактного провода. Известно, что с помощью четырехквадрантного установочного органа 1 можно получать ток, например, в фазе с напряжением сети (или со сдвигом на 180^o к нему при обратной связи). В этом случае с помощью регулирования обеспечивается то, что преобразователь тока сети электровоза забирает из сети только активную мощность, соответственно, отдает в сеть только активную мощность (cosϕ = 1 или, cosϕ = -1). С другой стороны можно с помощью емкостного тока достичь увеличения напряжения контактного провода в тяговом режиме, за счет индуктивного тока - уменьшения в режиме торможения, так что при определенных обстоятельствах можно получать большие активные мощности. Таким образом, с помощью четырехквадрантного установочного органа 1 можно целенаправленно устанавливать наряду с необходимым для тяги активным током также реактивный ток для улучшения параметров сети (смотри, например, ETZ, Archiv Bd.6 (1984), H, 1, S, 3-8).

Вся необходимая для тяги часть структуры на фиг. 2, как правило, управляется и регулируется по фазовым стойкам центрально с помощью управления приводом. Управление преобразователями 10 вспомогательных служб производится, как правило, отдельно.

С помощью четырехквадрантного установочного органа 1 создается напряжение ust, которое действует как противонаправленное напряжение напряжению на вторичной обмотке трансформатора uN и определяет обозначенный ток id, соответственно, ift. Так как установочное напряжение ust не имеет аналоговую синусоидальную форму, а создается посредством модуляции ширины импульсов из напряжения промежуточного контура ud, то образуется ток с большим или меньшим количеством гармонических составляющих. Несколько четырехквадрантных установочных органов 1 соединяются либо через отдельные вторичные обмотки 8 трансформатора 2 или непосредственно через отдельные трансформаторы. Как правило, они модулируются с таким сдвигом по фазе, что значительная часть вызванных пульсированием гармоник тока гасится. В последующем можно исходить без ограничений из того, что сумма токов в четырехквадрантном установочном органе 1 - трансформированная на сторону высокого напряжения - может регулироваться по фазовому положению в широких пределах.

Требования относительно фазового положения относятся к току сети if, т. е. току, складывающемуся из тока тяги, установленного четырехквадрантным установочным органом 1, тока преобразователей 10 вспомогательных служб и тока через набор фильтров помех 3. Некоторые виды преобразователей вспомогательных служб создают на стороне сети значительные реактивные токи, так что в особенности при частичной нагрузке преобразователей тока тяги создается иногда значительное отклонение фазового угла тока сети if от фазового угла тока, установленного четырехквадрантным установочным органом 1. Помеховый фильтр 3 вызывает также реактивный ток. Если на немецкой железной дороге стремятся к cosϕ = 1 или к cosϕ = -1, то это не всегда точно достигаемо в зависимости от мощности вспомогательных служб. В других управлениях ж/д для влияния на сеть с помощью четырехквадрантного установочного органа 1 устанавливаемый управляемый реактивный ток (смотри указанный источник ETZ) искажается за счет влияния вспомогательного оборудования и поэтому не всегда будет точно течь в сети.

Принципиально четырехквадрантный установочный орган, как упоминалось выше, в состоянии компенсировать также реактивный ток, создаваемый вспомогательным оборудованием. Однако так как это должно происходить в зависимости от моментального значения мощности преобразователей вспомогательных служб, то затраты на управление (сбор измерительных величин, связь между управлением четырехквадрантным установочным органом 1 и преобразователями вспомогательных служб) становятся непропорционально большими.

Задачей изобретения является создание способа, с помощью которого простым и не требующим больших затрат образом можно решить указанные выше проблемы.

Названная задача в соответствии с изобретением решается с помощью отличительных признаков п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.

Основная идея изобретения состоит в том, чтобы регулировать создаваемый четырехквадрантным установочным органом 1 реактивный ток (в противоположность к опубликованному в ETZ управлению) и соотносить это управление - в противоположность к уже известным способам управления - непосредственно с переменным напряжением контактной сети 4.

До настоящего времени было принято рассматривать при определении фазового положения тока только один четырехквадрантный установочный орган 1, при этом не учитывался тот факт, что набор помеховых фильтров 3 и преобразователи 10 вспомогательных служб - в особенности в области неполных нагрузок - значительно влияют на cosϕ всего электровоза.

Изобретение поясняется подробно с помощью чертежей, показывающих: на фиг. 1 - новую структуру контура регулирования; на фиг. 2 - известную структуру системы привода (уже описанную).

Фиг. 1 показывает новую структуру контура регулирования. Прежде всего можно видеть обычные функциональные блоки регулирования тока четырехквадрантного установочного органа 1 с промежуточным контуром 5. При этом регулировании тока регулятор тока 12 (например, пропорциональный регулятор) управляется выходным параметром wai (заданное значение активного тока) регулятора 13 промежуточного контура (например, пропорционально-интегрального регулятора) и обеспечивает через импульсный модулятор 14 (для создания эталонных импульсов) изменение установочного напряжения ust на входе четырехквадрантного установочного органа 1. Регулирование тока обеспечивает при этом то, что необходимый ток с любым фазовым положением по отношению к напряжению контактной сети действительно протекает в четырехквадрантном установочном органе 1. Выходной параметр регулятора тока 12 представляет собой напряжение wust, подлежащее созданию четырехквадрантным установочным органом 1 во вторичной обмотке 8 трансформатора.

Главный регулятор напряжения 13 промежуточного контура обеспечивает через регулятор тока 12 регулирование постоянного напряжения промежуточного контура, фактическое значение которого xud постоянно сравнивается с опорным значением wud, и разница подается на регулятор напряжения 13. Это главное регулирование обеспечивает постоянство напряжения промежуточного контура ud и создает в результате опорное значение активной составляющей wai тока (т.е. составляющей, находящейся в фазе с напряжением сети).

Ступень 15 синхронизации с сетью поставляет на основе измеряемых величин xuf напряжения сети uf оценочные величины текущих значений фазового угла ϕ, подаваемых на регулятор тока 12, который управляет импульсным модулятором 14 для получения эталонных импульсов. В импульсном модуляторе 14 подаваемое регулятором тока 12 напряжение wust на вторичных клеммах трансформатора аппроксимируется с помощью известного способа (например, с помощью известной широтно-импульсной модуляции) импульсным напряжением ust. Этой принципиальной структуре контура регулирования придается теперь соответствующая изобретению структура, выделенная штрихпунктирной линией, состоящая из регулятора 16 реактивного тока (например, пропорционально-интеграционного регулятора) и включенного перед ним анализатора 17 (например, использующего дискретную трансформацию Фурье).

Согласно изобретению в анализаторе 17 из величин измерения xif тока контактной сети if (измеряемого целесообразно непосредственно на токоприемнике 11) с помощью простых цифровых способов периодически определяется его реактивная составляющая xbif. Эта составляющая сравнивается в регуляторе 16 реактивного тока с опорной величиной wbif (управляемая заданная величина реактивной составляющей) (например, с 0 или любой другой задаваемой в широких пределах величиной, необходимой для поддержания сети) и регулируется таким образом, что стационарно выдерживается это опорное значение. Регулирование реактивного тока поставляет опорную величину создаваемого четырехквадрантным установочным органом 1 реактивного тока wbi на регуляторе тока 12, которая затем им обрабатывается.

За счет измерения тока непосредственно на токоприемнике 11 можно учесть влияние набора помеховых фильтров 3 и преобразователей 10 дополнительных служб на основную гармонику реактивного тока электровоза.

Независимо от режима работы, в том числе и преобразователей 10 дополнительных служб, реактивный ток регулируется четырехквадрантным установочным органом 1 по меньшей мере стационарно, так что в сумме всегда устанавливается желаемое фазовое положение основной гармоники тока контактной сети.

Регулирование реактивного тока согласно изобретению практически не ведет к дополнительным затратам при реализации регулирования с помощью четырехквадрантного установочного органа 1. Величина тока контактной сети if определяется и без того для контроля. Если это значение не подается непосредственно для регулирования четырехквадрантного установочного органа, то можно использовать измеряемое значение ift первичного тока трансформатора. Он обычно известен для алгоритма регулирования четырехквадрантного установочного органа 1, так как он используется для активной компенсации тока помех (например, для подавления составляющих тока с частотой 100 Гц). Такой способ имеет однако тот недостаток, что с его помощью можно регулировать влияние преобразователей дополнительных служб на реактивный ток контактной сети, но не влияние набора помеховых фильтров 3.

Формула изобретения

1. Способ регулирования четырехквадрантного установочного органа, преобразующего трансформированное напряжение конкретной сети в регулируемое постоянное напряжение, работающего от контактной сети трехфазного электровоза и регулирующего активную составляющую тока, который, с одной стороны, питает через промежуточный контур постоянного напряжения и импульсный инвертор электроприводы трехфазного тока, а с другой стороны, через многообмоточный трансформатор, вторичный обмотки которого предусмотрены для четырехквадрантного установочного органа и преобразователей вспомогательных служб, и набор фильтров помех подключен к сети переменного напряжения, отличающийся тем, что производится регулирование постоянного значения реактивной составляющей тока, отдаваемого всей структурой, состоящей из четырехквадрантного установочного органа, преобразователей вспомогательных служб и набора фильтров помех, при этом с помощью измерения тока контактной сети непосредственно на токоприемнике учитываются также составляющие реактивного тока в наборе фильтров помех и преобразователей вспомогательных служб, а их влияние на реактивный ток первой гармоники так регулируется посредством четырехквадрантного установочного органа, что суммарно устанавливается желаемое фазовое положение первой гармоники контактной сети.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при регулировании на постоянное фазовое положение между первыми гармониками тока и напряжением контактной сети накладывается управляемое заданное значение опорных величин реактивного тока.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что к управляемому регулятором напряжения промежуточного контура регулятору тока внутри обычной структуры регулировочного контура для установочного напряжения четырехквадрантного установочного органа, состоящего из синхронизируемого сетью регулятора тока, импульсного модулятора и четырехквадрантного установочного органа, добавляется регулятор реактивного тока, который управляет регулятором тока посредством аддитивной реактивной составляющей тока, образующейся в результате сравнения измеренной, соответственно, определенной реактивной составляющей тока, тока контактной сети в анализаторе, и заданным опорным значением реактивного тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2