Устройство для управления тиристорным инвертором

 

()767933

OllИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 21.12.78 (21) 2699474/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.з

Н 02 P 13/16

Государстввииый комитет

СССР

Опубликовано 30.09.80. Бюллетень № 36

Дата опубликования описания !0.10.80 (53) УДК 621.314..27 (088.8) по делам изобретеиий и открытий (72) Авторы изобретения

Н. И. Галат, О. P. Калабухов и Б. М; Наумов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ТИРИСТОРНЫМ ИНВЕРТОРОМ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для управления работой выпрямительно-инверторного преобразователя в инверторном режиме, преимущественно на электроподвижном составе переменного тока с рекуперативным тор- можением (инвертированием).

Известно устройство для управления тиристорным инвертором (1), содержащее формирователь управляющих импульсов, орган измерения угла коммутации, полупроводниковый генератор пилообразного напряжения, бл4к управления им, снабженный датчиком напряжения питающей сети и транзисторным усилителем, источник опорного напряжения смещения и источник ди- „lS намического напряжения смещения,"соедй- " ненный так, что последний снабжен полупроводниковым элементом, цепь управления которого подключена к выходу органа измерения угла коммутации, и подключенный параллельно полупроводниковому эле- 20 менту цепочкой из диода и конденсатора, шунтированного регулируемым сопротивлением, расположенным во входной цепи формирователя управляющих импульсов, а транзисторный усилитель блока управления полупроводниковым генератором пилообразного напряжения снабжен сопротивлением смещения, подключенным между коллектором и базой транзистора, к которой подключен выход датчика напряжения питающей сети.

Это устройство реализует закон регулирования по постоянству угла запаса (угла погасания) тиристоров инвертора.

Такое регулирование обуславливает наличие в регулируемой системе положительной обратной связи по току инвертора, сводящейся к тому, что с увеличением угла коммутации, обусловленном, например, ростом тока нагрузки, увеличивается угол зажигания тиристоров A -уменьшается напря- жение инвертора, а это вызывает дальнейшее нарастание тока инвертора. Наоборот, уменьшение угла коммутации, т. е. уменьшение тока нагрузки, приводит к уменьшению угла зажиганий тиристоров и, "следова"-" тельно, к увеличению напряжения инвертора, что вызывает еще большее уменьшение тока. Наличие положительной обратной связи по току инвертора ухудшает качество работы и динамические свойства всей управляемой системы, а также требует примене767933 ния специальных мер по обеспечению устойчивости инвертора, т. е. мер, предотвращающих опрокидывание инвертора. Для соблюдения условий устойчивости в цепь нагрузки инвертора обычно включают добавочное активное сопротивление, что приводит к снижению энергетических показателей инвертора. Перечисленные недостатки проявляются с наибольшей остротой в момент начала инвертирования, когда динамические (переходные) процессы в регулируемой -системе сопровождаются большими скоростями из10 менения (нарастания) тока инвертора, что еще больше усложняет и без того «жесткие» условия входа в режим рекуперативного торможения на электроподвижном составе.

Наиболее близким по техни еской сущ. 1f ности к изобретению является устройство для управления тиристорным инвертором (2).

В этом устройстве к тиристорному инвертору подключен измеритель угла коммутации, который содержит трансформатор, маломощный тиристор, резистор и транзистор- 2о ный усилитель, соединенные так, что обмотка трансформатора с маломощным тиристором и шунтирующим резистором подключена к входу транзисторного усилителя, а также к входу одновибратора. Выходы измерителя угла коммутации и одновибратора подсоединены к соответствующим входам элемен та совпадения (элемента сравнения), выход

2$ которого через интегрирующий усилитель подсоединен к узлу управления инвертором.

Основной недостаток этого устройства заключается в том, что он также обуславливает наличие положительной обратной связи по току инвертора, вследствие чего чивости инвертора, предотвращающей его опрокидывание, и уменьшение скорости нарастания инвертируемого тока в момент входа в режим рекуперативного торможения путем исключения положительной обратной связи по току инвертора и регулирования yrла зажигания тиристора инвертора по определенной программе, а также повышение плавности торможения и безопасности движения поездов. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее элемент совпадения, к одному из,входов которого подключен измеритель угла коммутации, интегрирующий усилитель и узел управления инвертором, состоящий из фазосдвигающего элемента, выход которого через распределитель импульсов соединен с блоком выходных усилителей, введены генератор прямоугольных импульсов, диод, три резистора, суммирую$6

"- " "в момент начала инвертирования возрастает вероятность опрокидывания инвертора. Опро- з» кидывание инвертора в случае отказа защиты является тяжелым аварийным режимом, приводящим к сквозному пробою тиристорных плеч инвертора. Цель изобретения — повышение устойщий элемент, элемент НЕ, три дополнительных элемента совпадения, триггер с раздельным запуском, дифференцирующая и интегрирующая RC-цепи так, что выход генератора прямоугольных импульсов подсоединен к одному из входов основного элемента совпадения, между выходом которого и входом интегрирующего усилителя включены параллельно соединенные первый резистор и диод, а между выходом интегрирующего усилителя и входом фазосдвигающего элемента включены последовательно соединенные второй резистор и суммирующий элемент. Выход фазосдвигающего элемента соединен с входом одновибратора и с одним из входов первого дополнительного элемента совпадения, ко второму входу которого через элемент логического отрицания НЕ подсоединен выход одновибратора, выход первого дополнительного элемента совпадения подсоединен к одному из входов второго дополнительного элемента совпадения, а выход одновибратора — к одному из входов третьего дополнительного элемента совпадения. Второй и третий дополнительные элементы совпадения вторыми входами подсоединены через дифференцирующую RC-цепь к выходу измерителя угла коммутации, а выходы двух последних элементов совпаденияк соответствующим входам триггера с раздельным запуском, выход которого через интегрирующую RC-цепь и третий резистор подсоединен ко второму входу суммирующего элемента.

На фйг. l изображена блок-схема описываемого устройства; на фиг. 2, 3 и 4 приведены временные диаграммы напряжений на выходах элементов устройства.

Устройство для управления тиристорным инвертором (фиг. 1) содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, выход которого подсоединен к одному из входов основного элемента 2 совпадения. Ко второму входу основного элемента 2 совпадения подключен выход измерителя 3 угла коммутации.

Выход элемента 2 совпадения через параллельно соединенные первый резистор 4 и . диод 5 подсоединен к-входу интегрирующего усилителя 6, выход которого через второй резистор 7 подключен к одному из входов суммирующего элемента 8. Выход суммирующего элемента 8 подсоединен к входу фазосдвигающего элемента 9, выход которого через распределитель 10 импульсов фазосдвигающего элемента и блок ll выходных усилителей подсоединен к управляющим электродам силовых тиристоров соответствующих ступеней и плеч инвертора 12. Выход фазосдвигающего элемента 9 подсоединен также к входу одновибратора

13 и к одному из входов первого дополнительного элемента 14 совпадения. Выход одновибратора 13 подключен к одному из входов третьего дополнительного элемента

15 совпадения и через элемент НЕ 16 ко

767933 второму входу элемента 14 совпадения. Выход элемента 14 совпадения подсоединен к одному из входов второго дополнительного элемента 17 совпадения. Ко вторым входам элементов 15 и 17 совпадения через дифференцирующую RC-цепь 18 подсоединен выход измерителя 3 угла коммутации. Выхо, элементов 15 и 17 совпадения подсоединены к соответствующим входам триггера 19 с раздельным запуском, выход которого через интегрирующую RC-цепь 20 и через третий резистор 21 подключен ко второму входу суммирующего элемента 8.

Инвертор 12 подсоединен к тяговому двигателю 22 и силовому трансформатору 23.

Все элементы предлагаемого устройства для управления тиристорным инвертором могут быть реализованы на интегральных микросхемах. Резистор 7, резистор 21 и суммирующий элемент 8 конструктивно могут входить в состав фазосдвигающего элемента 9.

Работа устройства поясняется приведенными на фиг. 2, 3 и 4 временными диаграммами. На фиг. 2,приведены времечные диаграммы напряжений на выходах соответствующих элементов устройства, когда длительность импульсов Uy с выхода измерителя 3 угла коммутации меньше длительности импульсов U<„c выхода одновибратора 13, а временное совпадение импульсов

U8 с выхода генератора 1 прямоугольных импульсов и импульсов Uy с выхода измерителя 3 угла коммутации отсутствует. На фиг. 3 приведены временные диаграммы напряжений на выходах соответствующих эле- ментов устройства, когда длительность импульсов Ug с выхода измерителя 3 угла коммутации больше длительности импульсов

U >z с выхода одновибратора 13, а временное совпадение импульсов U8 с выхода генератора 1 прямоугольных импульсов и импульсов Бх с выхода измерителя 3 угла коммутации по-прежнему отсутствует. На фиг. 4 приведены временные диаграммы напряжений на выходах соответствующих элементов устройства, когда имеет место временное совпадение импульсов Up с выхода генератора прямоугольных импульсов и импульсов Ug с выхода измерителя, угла коммутации.

Устройство работает следующим образом, Генератор 1 прямоугольных импульсов, синхронизированный напряжением питающей (контактной) сети, формирует в конце каждого полупериода, питающего преобразователь напряжения, прямоугольные опорные импульсы Щ, длительность которых равна заданной величине угла запаса 85 тиристоров инвертора (см. фиг. 2, 3, 4).

Импульсы U8 с выхода генератора прямоугольных импульсов поступают на один из входов элемента 2 совпадения, на выходе которого импульсы U q будут отсутствовать до тех пор, пока длительность импульсов

so

Выходные импульсы дифференцирующей RC-цепи 18, соответствующие переднему фронту импульсов Uy с выхода измерителя 3 угла коммутации, через элементы 15 и 17 совпадения не проходят, так как они ограничиваются диодными ограничителями, конструктивно входящими в состав этих элементов совпадения. Импульсы U и U с выхода дифференцирующей RC-цепи !8 и с выхода одновибратора 13 соответственно будут совпадать во времени на входе элемента 15 совпадения до тех пор, пока инвертируемый ток инвертора 12, увеличиваясь, будет иметь такое значение, при котором зависящая от его величинь! длительность импульсов U

3 угла коммутации будет меньше длительUp, подаваемых с выхода измерителя 3 угла коммутации на второй вход элемента 2 совпадения",будет такой, что величина фактического угла запаса о ф тиристоров инвертора будет больше заданного угла запаса

5 5@ т. е. пока о )85 При этом на вход интегрирующего усилителя 6 с выхода элемента 2 совпадения импульсы. 1!г не поступают, поэтому будет отсутствовать напргжение, подаваембе с выхода интегрирующего усилителя 6 на вход суммирующего элемента 8.

Фазосдвигающий элемент 9, синхронизированный напряжением питающей (контактной) сети, формирует импульсы У„В прямоугольной формы, фаза передних фрон

12, регулируя фазу открытия тиристоров.

Импульсы с выхода фазосдвигающего элемента 9 поступают также на вход одновибратора 13 и на один из входов элемента 14 совпадения. Одновибратор 13 формирует прямоугольные импульсы Ua „ïîñòîÿíной длительности тд, поступающие на один из входов элемента 15 совпадения, а также поступающие через элемент НЕ 16 на второй вход элемента 14 совпадения. Если поступающие на входы элемента 14 совпадения импульсы Up с выхода фазосдвигающего элемента 9 и инвертированные импульсы U<><„с выхода элемента 16 логического отрицания совпадают во времени, на выходе элемента 14 совпадения формируются импульсы U которые подаются на один из входов элемента 17 совпадения. На вторые входы элементов,15 и 17 совпадения подаются импульсы UI! с выхода дифференциру40 ющей RC-цепи 18, соответствующие заднему фронту импульсов Бх с выхода измерителя угла коммутации 3.

767933

5 о

7 ности импульсов U>,с выхода одновибратора 13 (фиг. 2). Следует иметь ввиду, что в этом случае на входе элемента 17 совпадения будет отсутствовать временное совпадеI / ние импульсов U и V с выхода дифференцирующей КС-цепи 18 и с выхода элемента 14 совпадения соответственно. Поэтому на выходе элемента 17 совпадения импульсы V >q в этом случае не формируются и не подаются на один из входов триггера 19 с раздельным запуском.

При одновременном присутствии импульсов U и У на входах элемента 15 совпадения на его выходе образуется импульс

U pp, поступающий на один из входов триггера 19 с раздельным запуском. При этом триггер 19 с раздельным запуском находится в одном из двух устойчивых состояний, при котором его выходное напряжение U>p

" -"равно нулю; следовательно, равно нулю и напряжение U gq (фиг. 2) на емкости интегрирующей RC-цепи 20 (фиг. 1). В этом случае будет отсутствовать напряжение, подаваемое с выхода интегрирующей RC-цепи

20 на один из входов суммирующего элемента 8. Дальнейшее увеличение тока ин/ вертора будет совпровождаться увеличением угла коммутации.

Когда длительность импульсов U< с вы- д хода измерителя 3 угла коммутации станет больше длительности импульсов U>„„c выхода одновибратора 13 (см. фиг. 3), прекращают формироваться импульсы U g на выходе элемента 15 совпадения, так как в этом случае не будут совпадать во времени

1 импульсы U< и U> <, поступающие íà его входы с выхода дифференцирующей RC-цепи 18 и с выхода одновибратора 13 соответственно. Одновременно с этим начинают формироваться импульсы U ó на выходе элемента 17 совпадения, так как в этом случае будут совпадать во времени импульсы U< и

U ð -, поступающие на его входы с выхода дифференцирующей RC-цепи 18 и с выхода элемента 14"совпадения соответственно. Под действием импульсов U „, поступающих с о выхода элемента 17 совпадения на один из входов триггера 19 с раздельным запуском, триггер 19 опрокидывается в такое устойчивое состояние, при котором на его выходе формируется сигнал UT, который подается на вход интегрирующей RC-цепи 20. На емкости интегрирующей RC-цепи

20 в этом случае формируется линейно нарастающее с заданной интенсчвностью напряжение U2 (см. фиг. 3), которое через резистор 21 подается на один из входов so суммирующего элемента 8, а следовательно, и на вход фазосдвигающего элемента 9.

Под действием напряжения Uzz и в соответствии с интенсивностью его изменения начинает изменяться величина угла зажи- гания Я тиристоров инвертора, что сопровождается уменьшением фактического угла запаса З,ртиристоров инвертора (см. фиг. 3).

Фактический угол запаса Я.р будет уменьшаться до тех пор; пока он не станет равным заданному углу запаса 5 (см. фиг. 4), формируемому генератором 1 прямоугольных импульсов, который выполняет функции задатчика угла запаса тиристоров инвертора 12. При 3, (6q (фиг. 4) на входах элемента 2 совпадения будут совпадать во времени импульсы U8 с выхода генератора 1 прямоугольных импульсов и импульсы

U< с выхода измерителя 3 угла коммутации, а на выходе элемента 2 совпадения будут формироваться импульсы U<. Импульсы U с выхода элемента 2 совпадения через параллельно соединенные резистор 4 и диод 5 подаются на вход интегрирующего усилителя 6, преобразующего эти импульсы в напряжение Ug.

Напряжение U снимаемое с выхода интегрирующего усилителя 6, через резистор 7 подается на один из входов суммирующего элемента 8, где оно вычитается из напряжения U <, которое снимается с емкости интегрирующей КС-цепи 20 и подается через резистор 21 на второй вход суммирующего элемента 8. При этом на выходе суммирующего элемента 8 получают разностное напряжение 4U, которое поступает на вход фазосдвигающего элемента 9. Так как постоянная времени интегрирующего усилителя 6 на один-два порядка меньше постоянной времени интегрирующей RC-цепи 20, то под воздействием разностного напряжения фазосдвигающий элемент 9 начинает изменять величину угла зажигания тиристоров инвертора 12 так, что дальнейшее уменьшение фактического угла запаса тиристоров инвертора прекращается и инвертор !2 начинает работать с постоянным углом запаса, равным заданному значению угла запаса

$3 формируемому генератором прямоугольных импульсов 1.

При прекращении режима торможения вмомент времени, когда инвертируемый инвертором 12 ток уменьшается до значения, при котором длительность импульса U с выхода измерителя 3 угла коммутации вновь станет меньше длительности импульса U c выхода одновибратора 13, импульс Uqq на выходе элемента 17 совпадения исчезает и появляется импульс U q на выходе элемента 15 совпадения. Импульсом U триггер 19 с раздельным запуском переводится в такое устойчивое состояние, при котором его выходное напряжение U

При этом напряжение U«на емкости интегрирующей RC-цепи 20 начинает уменьшаться до нуля, на входах элемента 2 совпадения перестают совпадать во времени импульсы U3 с выхода генератора 1 прямоугольных импульсов и импульсы Ug с выхода измерителя 3 угла коммутации, а устройство возвращается в исходное состояние.

767933

Формула изобретения

Новый вход в режим инвертирования происходит аналогично описанному.

В режиме инвертирования тяговый двигатель 22 работает в режиме генератора постоянного тока с независимым возбуждением и вырабатываемая им электрическая энергия постоянного тока, преобразуемая инвертором 12 в энергию переменного тока, через силовой трансформатор 23 поступает в питающую (контактную) сеть. При этом электровоз из потребителя электрической энергии превращается в ее источник.

Эффективность- устройства заключается в следующем: повышается устойчивость инвертора, т. е. предотвращается возможность его опрокидывания в момент начала входа в режим рекуперативного торможения (инвертирования) за счет того, что вход в режим инвертирования осуществляется не с постоянным углом запаса, а с постоянным углом зажигания тиристоров инвертора, что исключает в регулируемой системе положительную обратную связь по току инвертора и обуславливает отрицательную обратную связь, благодаря чему существенно снижается скорость нарастания инвертируемого (тормозного) тока; сжатие состава (поезда) при торможении осуществляется с постоянным усилием за счет того, что после нарастания тока инвертора до определенной величины угол зажигания тиристоров начинает увеличиваться до тех пор, пока фактический угол запаса не станет равным заданному значению этого угла и дальнейшая работа инвертора происходит при неизменном угле запаса, обеспечивая тем самым высокие энергетические показатели электровоза, а начиная с момента увеличения угла зажигания тиристоров И инвертора скорость нарастания инвертируемого тока еще больше снижается и при определенных условиях изменения угла зажигания тиристоров инвертируемый (тормозной) ток может стабилизироваться на определенном уровне; сокращается время, необходимое для достижения заданного значения тормозного усилия за счет того, что после сжатия состава начиная с момента, когда инвертор переходит к работе при неизменном угле зала- 4 са, скорость нарастания инвертируемого (тормозного) тока увеличивается до определенного значения.

Перечисленные достоинства данного устройства способствуют повышению безопасности движения поездов.

Устройство для управления тиристорным инвертором, содержащее элемент совпаде- Л ния, к одному из входов которого подключен

10 измеритель угла коммутации, интегрирующий усилитель и узел управления инвертором, состоящий из фазосдвигающего элемента, выход которого через распределитель импульсов соединен с блоком выходных усилителей, отличающееся тем, что, с целью повышения устойчивости инвертора, предотвращающей его опрокидывание, и уменьшения скорости нарастания инвертируемого " тока в момент входа в режим рекуперативного торможения путем исключения положи тельной обратной связи по току инвертора и регулирования угла зажигания тиристоров инвертора по определенной программе, а также повышения плавности торможения и безопасности движения поездов, устройство снабжено генератором прямоугольных импульсов, диодом, тремя резисторами, суммирующим элементом, элементом НЕ, тремя дополнительными элементами совпадения, триггером с раздельным запуском, дифференцирующей и интегрирующей RC-цепями, так, что выход генератора прямоугольных импульсов подсоединен к одному из входов основного элемента совладения, меж.ду выходом которого и входом интегрирующего усилителя включены параллельно соединенные резистор и диод, а между выходом интегрирующего усилителя и входом фазосдвигающего элемента включены последовательно соединенные резистор и суммирующий элемент, выход фазосдвигающего элемента соединен с входом одновибратора и с одним из входов первого дополнительного элемента совпадения, ко второму входу которого через элемент логического отрицания НЕ подсоединен выход одновибратора, выход первого дополнительного элемента совпадения подсоединен к одному из входов второго дополнительного элемента совпадения, а выход одновибратора подсоединен к одному из входов третьего дополнительного элемента совпадения, второй и третий дополнительные элементы совпадения вторыми входами подсоединены через дифференцирующую RC-цепь к выходу измерителя угла коммутации, а выходы двух последних элементов совпадения подсоединены к соответствующим входам триггера с раздельным запуском, выход которого через интегрирующую RC-цепь и резистор подсоединен ко второму входу суммирующего элемента.

Источники информации, принятые во внимание при эксйертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Мо 296201, кл. Н 02 М 5/42, 1964.

2. Аракчеев В. В. Применение тиристорных преобразователей частоты для автоматизации технологических процессов магнитного формирования и сквозного нагрева металлов. Диссертация на соискание стелени кандидата технических наук. М., 1971, с. 137, рис. 5.15.

767933 ф = дД7ф = СОЛИ Оуг, Ф

Составитель Л.Миронов

Редактор Е. Караулова Техред К. Шуфрич Корректор О. Билак

Заказ 7215/50 Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4