Устройство для управления тиристорным широтно-импульсным преобразователем

 

О П И С А Н И Е ()ц752735

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сова Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 21.04.72 (21) 1775490/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) gg К, з

Н 02Р 13/16

Государственный комитет (43) Опубликовано 30.07.80. Бюллетень № 28 (53) УДК 621.314.57 (088.8) по делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 30.07.80 (72) Авторы изобретения

В. Я. Овласюк, Л. Н. Шилов, А. В. Каменев и В. Л. Пушкарев (71) Заявитель

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский институт железнодорожного транспорта (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ

ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления широтно-импульсным тиристорным преобразователем при питании от сети постоянного напряжения, в частности, для план- 5 ного регулирования напряжения на тяговых двигателях электроподвижного состава на участках железных дорог постоянного тока.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство (I) IO для управления тиристорным широтно-импульсным преобразователем, содержащее генератор тактовых импульсов высокой частоты с двумя выходами, формирователи управляющих импульсов, регулятор дли- 15 тельности рабочих импульсов, имеющий входы «Сброс» и «Пуск», дифференцирующие цепи, и логический блок, подключенный своими входами через согласующие элементы и регулятор длительности рабо- 20 чих импульсов к генератору тактовых импульсов, а своими выходами — ко входам формирователей управляющих импульсов, не обеспечивает предотвращения опрокидываний преобразователя в паузах между ра- 25 бочими импульсами и, кроме того, не позволяет использовать в цепях преобразователя аппараты, предназначенные для работы при частоте 50 Гц.

Целью изобретения является повышение надежности работы преобразователя путем устранения возможностей его опрокидывания в паузах между рабочими импульсами.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления тиристорным широтно-импульсным преобразователем, содержащее генератор тактовых импульсов высокой частоты с двумя выходами, формирователи управляющих импульсов, регулятор длительности рабочих импульсов, имеющий входы «Сброс» и «Пуск», дифференцирующие цепи и логический блок, подключенный своими входами через согласующие элементы и регулятор длительности рабочих импульсов к генератору тактовых импульсов, а своими выходами — ко входам формирователей управляющих импульсов, дополнительно снабжено генератором прямоугольных импульсов промышленной частоты, датчиком минимальной длительности пауз, формирователем начала пауз, формирователем конца пауз, формирователем конца серии импульсов первого полупериода промышленной частоты и формирователем конца серии импульсов второго полупериода промышленной частоты, причем генератор прямоугольных импульсов промышленной частоты подключен к соответствующим двум входам логического блока и ко входам формирователей серий импуль752735

3 сов непосредственно, а через дифференцирующие цепи ко входам генератора тактовых импульсов, подключенного через датчик минимальной длительности паузы к входам формирователей начала и конца пауз, подключенных своими выходами соответственно к входам «Сброс» и «Пуск» регулятора длительности рабочих импульсов, а выходы формирователя конца пауз, формирователя конца серий импульсов первого полупериода и формирователя конца серий импульсов второго полупериода промышленной частоты подключены к соответствующим входам логического блока.

На фиг. 1 представлена схема изобретения; на фиг. 2 — тиристорный широтноимпульсный преобразователь, применяемый на электропоездах постоянного тока, для управления которым может быть использовано данное устройство.

Устройство содержит генератор 1 прямоугольных импульсов 50 Гц, одним выходом подключенный к входу дифференцирующей цепи 2, к входу формирователя 3 конца серии импульсов положительности полуволны и к входу 4 логического блока 5, а другим выходом к входу дифференцирующей цепи 6, к входу формирователя 7 конца серии импульсов отрицательной полуволны и к входу 8 логического блока 5.

Выход генератора 9 тактовых импульсов подключен к входу датчика 10 минимальной длительности паузы, выход которого подключен к входу формирователя 11 начала пауз и к входу формирователя 12 конца пауз. Регулятор 13 длительности рабочих импульсов входом «Пуск» подключен ко второму (инверсному) выходу формирователя 12 конца пауз. К входу 14 логического блока 5 подключен первый (прямой) выход формирователя 12 конца пауз. Выход формирователя 11 начала пауз подключен к входу «Сброс» регулятора 13 длительности рабочих импульсов. Третий вход регулятора 13 длительности рабочих импульсов подключен к источнику сигнала, в зависимости от которого изменяется длительность этих импульсов.

Выход регулятора 13 длительности рабочих импульсов подключен к входу формирователя 15 конца рабочих импульсов, выходом подключенного к входу 16 логического блока 5.

Вход 4 логического блока 5 соединен с входами схем совпадения 17, 18, а вход 8— с входами схем совпадения 19, 20. Вход 14 логического блока 5 соединен с входами схем совпадения 17, 19. Выход схемы совпадения 17 соединен со входом формирователя 21-выходных управляющих импульсов.

Вход 22 логического блока 5 и выход схемы 18 совпадения через схему 23 ИЛИ подключены к входу формирователя 24 выходных управляющих импульсов. Выход схемы 19 совпадения подключен к входу фор5

ЗО

65 мирователя 25 выходных управляющих импульсов. Вход 26 логического блока 5 и выход схемы 20 совпадения через схему 27

ИЛИ подключены к входу формирователя 28 выходных управляющих импульсов.

Тиристорный широтно-импульсный преобразователь включает в себя основной тиристор 29, управляющий электрод которого связан с выходом формирователя 21, коммутирующий тиристор 30, соединенный своим управляющим электродом с выходами формирователей 21 и 25, вспомогательный тиристор 31, управляющим электродом связанный с выходом формирователя 24, основной тиристор 32, управляющий электрод которого связан с выходом формирователя

25, вспомогательный тиристор 33, управляющий электрод которого связан с выходом формирователя 28, шунтирующие диоды 34, 35, дроссель 36 и конденсатор 37 фильтра, коммутирующий дроссель 38 и коммутирующий конденсатор 39, дроссель-делитель 40 напряжения, реакторы 41 и 42, двигатели

43, 44 и буферные диоды 45, 46.

Устройство работает следующим образом.

При подаче питания на схему начинает работать генератор 1 прямоугольных импульсов с частотой 50 Гц, на выходах которого поочередно появляются импульсы отрицательного напряжения. Отрицательный потенциал с первого выхода поступает на входы схем совпадения 17, 18 логического блока 5, т. е. разрешает работу формирователя выходных управляющих импульсов 21, поступающих на тиристоры 29 и 30 преобразователя. Одновременно этот импульс подается через диффсренцирующую цсп 2 на вход генератора 9 тактовых импульсов. Для нормальной работы импульсного преобразователя необходимо, чтобы импульсы тактовой частоты укладывались симметрично в обоих полупериодах частоты 50 Гц. Выполнить это условие можно только корректировкой хода генератора 9 тактовых импульсов в начале каждого полупериода генератора 1 прямоугольных импульсов. Это условие выполняется с помощью дифференцирующих цепей 2, 6.

Одновременно с передним фронтом отрицательного импульса первого выхода генератора 1 прямоугольных импульсов с выхода генератора 9 тактовых импульсов поступает положительный импульс на вход датчика 10 минимальной длительности паузы и через формирователь 11 начала паузы поступает положительный сигнал на сброс регулятора 13 длительности рабочих импульсов, что соответствует концу импульса максимальной длительности. Принудительное ограничение максимальной длительности рабочих импульсов существенно повышает устойчивость работы преобразователя.

Повышение устойчивости работы преобразователя достигается путем исключения

752735 причин опрокидывания инвертора из-за погрешностей в работе системы управления.

Этп погрсшпостп заложены, например, в прототипе в самом принципе построения схемы, где формируется длительность рабочего импульса, которая по величине превосходит длительность паузы в 10 — 20 раз.

При этом погрешность в формировании интервала рабочего импульса в сторону его увеличения умеиьшаст длительность паузы и может приводить к полному ее заполнению, в результате чего тиристоры силовой цепи нс получают минимального необхолпмого времени восстановления и происходит «проры⻠— опрокидывание инвсртора, что ве.чет к срабатыванию защиты и к выхо,чу из строя целых плеч групповых тиристоров.

Эта причина исключается путем формирования длительности паузы в зависимости от погрешности рабочего импульса. При таком решении исключена возможность укорочения времени восстановления, а погрешность в формировании паузы, например, 10% составляет в изменении длительности рабочего импульса 0,5%, что не имеет практического значения для стабильности напряжения, но исключает аварийный режим.

При срабатывании латчика 10 длительности паузы на выхоче регулятора 13 длиТс If>Ir0cTf рабочих импульсов появляется положительный потснциаl, полаваемый на вхол формирователя 15 конца рабочих ими лисов. На выходе последнего появляется отрицательный потенциал, который поступает на входы схем совпадения 18 и 20 roги .еского блока 5, и так как совпадение отрицательных потенциа loB будет выполнсно только на схеме совпадения 18, то этот сигнал через схему 23 ИЛИ поступает на формирователь 24 выходных управляющих импульсов. Бо время этого цикла через тиристор 31 происхо,чит зарял коммутирующего конденсатора 39 и тем самым он подготовлен для гашения рабочего плеча преобразователя.

В этот момент начинается время паузы, продолхкптслт ность которой примерно

150 мкс. После окончания паузы опрокидывается,чатчик 1О минимальной длительности паузы и па его выходе появляется положительный потенциал, который пройдя через формирователь 12 конца паузы выдает на выходе последнего отрицательный потенциал поступающий на вход 14 логического блока 5, совпадение отрицательных потенциалов бучет выполнено только на схеме совпаления 17, поэтому сигнал через схемт 17 поступает на формирователь 21 выхолных управляющих импульсов, т. е. пооисходит открытие тиристоров 29 и 30.

Со второго (инверсного) выхода формирователя 12 конца паузы появляется положительный потенциал, который запускает ре5

fr5

6 гулятор 13 длительности рабочих импульсов, он начинает формировать длительность рабочего импульса и на его выходе в это время появляется отрицательный потенциал, подготавливающий формирователь 15 конца рабочих импульсов к работе.

В течение паузы на выходе датчика 10 минимальной длительности паузы появляется отрицательный потенциал и, пройдя через формирователь 11 начала паузы, выдает на его выходе положпте,чьный потенциал, который поступает на «Сброс» регулятора 13 длительности рабочих импульсов, что соответствует концу импульса максимальной длительности. На выходе посчеднего появляется положительный потенциал, который, проходя через формирователь 15 конца рабочих импульсов, выдает на его выходе отрицательный потенциал, поступающий на входы схем совпадения 18 и 20 логического блока 5, и так как совпадение отрицательных потенциалов будет выполнено только на схеме совпадения 18, то этот сигнал через схему ИЛИ 23 поступает на формирователь выходных управляющих импульсов 24, что соответствует открыти:о тиристора 31 и закрытию тиристора 29.

3а время отрицательной полуволны генератора 1 прямоугольных импульсов генератор 9 тактовых импульсов выдает. например. 5 импульсов, т. е. описанный процесс повторяется 5 раз.

Прп появлении положительного потенциала ца первом выходе генератора 1 прямоугольных импульсов на выходе формирователя 3 конца серии импульсов появляется отрицательный потенпиал, который лает разрешение схеме ИЛИ 23 и с последней на формирователь выходных управляющих импульсов 24. что соответствует открытию тиристора 31. Этот шестой пос,чедний импульс предусмотрен д.чя предотвращения прорывов в начале нового цикла импульсов, т, е. когда будут работать тпристоры 30, 32 и 35. В начале положительной полуволны генератора 1 прямоугольных HMrr) льсов должны открываться тиристоры 32, 30 преобразователя, но перел этим должен быть закрыт тпристор 29. Из вышесказанного следует, что перел началом работы другого плеча преобразователя необходимо поливать шестоп дублирующий импульс для открытия тиристоров 31 (331 преобразователя, чтобы запереть рабочие тиристопы

29 (32). В противном случае двигатели 43, 44 окажутся под полным напряжением питающей сети и регулирование скорости Не может осуществиться, так как все тиристоры 29. 32 преобпазователя б л т откпыты, коммутирующий конденсатор 39 не б,чет заряжаться, и тогда придется отключать всю схему л.чя восстановления заряда конденсатора 39.

Во втором полупериоде работы генератора 1 прямоуго.чьных импульсов 50 Гц отри-.

I цательный потенциал поступает на схемы совпадения.19 и 20 логического блока 5, тем самым разрешая работу формирователей

25 и 28 выходных управляющих импульсов и, следовательно, осуществляя включение тиристоров 32, 30 в началах рабочих импульсов и тиристора 33 в концах. Устройство формирует серию импульсов, идентичную первой. В конце серии импульсов этого полупериода срабатывает формирователь >0

7 конца серии импульсов и через формирователь 28 осуществляет включение вспомогательного тир истора 33, выключающего основной тиристор 32, после чего повторяется первая серия импульсов. 15

В результате чередования серий импульсов дроссель-делитель 40 работает в режиме 50 Гц, что позволяет в высокочастотных импульсных схемах использовать низкочастотные аппараты. 20

Экономический эффект от использования данного изобретения состоит в уменьшении эксплуатационных расходов за счет уменьшения количества аварий и снижения потерь электроэнергии в дросселях преоора- 25 зователя.

Формула изобретения

Устройство для управления тиристорным 30 широтно-импульсным преобразователем, содержащее генератор тактовых импульсов высокой частоты с двумя выходами, формирователи управляющих импульсов, регулятор длительности рабочих импульсов, 35 имеющий входы «Сброс» и «Пуск», дифференцирующие цепи и логический блок, подключенный своими входами через согласующие элементы и регулятор длительности рабочих импульсов к генератору тактовых импульсов, а своими выходами — ко входам формирователей управляющих импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы преобразователя путем устранения возможностей его опрокидывания в паузах между рабочими импульсами, оно дополнительно снабжено генератором прямоугольных импульсов промышленной частоты, датчиком минимальной длительности пауз, формирователем начала пауз, формирователем конца пауз, формирователем конца серий импульсов первого полупериода промышленной частоты и формирователем конца серий импульсов второго полупериода промь|шленной частоты, причем генератор прямоугольных импульсов промышленной частоты подключен к соответствующим двум входам логического блока и ко входам формирователей серий импульсов непосредственно, а через дифференцирующие цепи ко входам генератора тактовых импульсов, подключенного через датчик минимальной длительности паузы к входам формирователей начала и конца пауз, подключенных своими выходами соответственно ко входам «Сброс» и «Пуск» регулятора длительности рабочих импульсов, а выходы формирователя конца пауз, формирователя конца серий импульсов первого полупериода и формирователя конца серий импульсов второго полупериода промышленной частоты подключен к соответствующим вход а м л о ги чес ко го блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 303702, кл, Н 02Р 13/18, 1968, 752735

Фиг. 1

Составитель Г. Бейдер

Техред А. Камышникова

Редактор В. Левятов

Корректор 3. Тарасова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1461!15 Изд. № 389 Тираж 798 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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