Устройство для управления преобразователем

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И С А Н И Е <,892650

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 180480 (2! ) 2909794/24-07 с присоединением заявки М(23) Приоритет (51)М. Кл.

Н 02 Р 13/16

Гооударавснный коинтет

СССР

Опубликовано 23.1281. Бюллетень Эй 47 по делаи изобретений и открытий (53) УДХ 621 ° 316. . 727(088. 8) Дата опубликования описания 2312.81 (72) Автор изобретения

О. Р. Калабухов

Всесоюзный научно-исследовательский, прое конструкторский и технологический институ эле ктро возо строе ни я (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению тиристорными преобразователями с зонно-фазовым регулированием напряжения, и может быть использовано на электроподвижном составе.

Известно устройство управления тиристорными преобразователями, содержащее индивидуальные для его плеч усилители импульсов с включенными на входе дополнит ел ь ными (шунтирующими) тири с10 торами, выходы усилителей, фаза выходных си гн алов которых соответ ст вует углу опрежедения инвертора, соединены с входами тех усилителей, фаза

15 выходных сигналов которых соответствует регулируемым углам открытия 1 I).

Недостатком этого устройства явля.ется сложность схемы из-за наличия дополнительных (шунтирующих входы усилителей) тиристоров и схемы управле" ния ими, Наиболее близким по технической сущности я вляет ся уст ройст во для уп2 равления преобразователем, содержащее задатчики напряжения управления и смещения, регулятор угла опережения инвертора, элемент И-HE выход которого подключен ко входу формирователя импульсов, первый его вход через нуль-орган и элемент сравнения соединены с выходом синхронизированного сетью генератора пилообразного напряжения, второй вход через транзисторный ключ соединен с выходом датчика угла коммутации, третий вход в режиме управления выпрямителем соединен с выходом фазоре гулятора минимального угла управления, а в режиме управления инвертором - с выходом элемента НЕ $ 2).

Цель изобретения — повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления выпрямительно-инверторным преобразователем, содержащее задатчики напряжения управления и смещения, элемент И-НЕ, 3 выход которого подключен ко входу формирователя импульсов, а первый его вход через нуль-орган и элемент сравнения соединен с выходом синхронизированного сетью генератора пилообразного напряжения, второй вход через транзисторный ключ соединен с выходом датчика угла коммутации, подкпю ченного ко входу регулятора гпа опережения инвертора, третий вход через первый управляемый ключ соединен с выходом фазоре гулятора минимального угла управления, а через второй управляемый ключ - с выходом элемента

НЕ, снабжено элементом временной задержки, делителем напряжения, вторым элементoM сравнения, интегрирующим элементом, причем вход делителя напряжения соединен с выходом элемента

И-НЕ, а выход интегрирующего элемента подключен ко второму входу первого элемента сравнения, выходы эадатчиков напряжения управления и смещения подключены ко входу второго элемента сравнения, а элемент временной задержки включен между выходом регу- лятора угла опережения инвертора и входом элемента Н.:.

На фиг. 1 приведена блок-схема

npeдл а гаемо го у строй ст ва, н а фи г. 2временные диаграммы напряжений в отдельных узлах устройства, управляющего работой преобразователя в режиме выпрямпения; на фи г. 3 — временные диаграммы напряжений в узлах устройства, управляюще го инверторным режимом работы преобразователя.

Устройство содержит. задатчик 1 напряжения управления, .задатчик 2 от.рицательного напряжения смещения, регулятор 3 угла опережения инвертора, вход которого соединен с выходом датчика 4 угла. коммутации, элемент И-НЕ формирователь 6 импульсов, последовательно соединенные нуль-орган 7, первый элемент 8 сравнения и генератор 9 пилообразного напряжения, транзисторный ключ 10, фазорегулятор 1 l минимал ьного угла управления, выход которого через первый управляемый ключ 12 соединен с третьим входом элемента И-НЕ, к которому через второй управляемый ключ 13 подключен weмент НЕ 14, последовательно соединенными делителем 15 напряжения, вторым элементом 16 сравнения, интегрирующим элементом 17, причем вход делителя 15 напряжения соединен с выходом элемента И-НЕ 5, а выход интегрирующего

4 элемента 17 соединен со вторым входом первого элемента 8 сравнения, и элемент 18 временной задержки, включенныи между выходом регулятора угла опережения и входом элемента НЕ 14.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

В режиме выпрямпения ключ 12 эамк" нут, блок 13 разомкнут, транзисторный о ключ 10 открыт.

На выходе фазорегулятора 11 минимального угла управления формируются сигналы U прямоугольной формы, фаза переднего фронта которых соответствует минимальному (начальному) углу открытия с(о отрегулированной ступени преобразователя, а фаза заднего фронта совпадает с 3 (фиг. 2).

Эти сигналы через нормально закрытые блок-контакты ключа 12 подаются на третий вход элемента И-НЕ 5. На второй его вход подаются инвертированные транзисторным ключем 10 сигналы прямоугольной формы U с выхода датчика 4 угла коммутации. Фаза переднего фронта этих сигналов соответствует минимальному углу о(ото крытия тиристоров, а фаза заднего фронта совпадает с моментом окончания коммутации токов отрегулированной ступени преобразователя.

Одновременно с этим на первом элементе 8 сравнения сигналы U с выхода генератора 9 пилообразного напряжения сравниваются с выходным напрязз жением U интегрирующего элемента 17 (фиг. 2). В зависимости.от знака напряжения на выходе элемента 8 сравнения нуль-орган 7 находится в одном из двух состояний - включено или выклю4О чено, а на его выходе формируются сигналы прямоугольной формы U, которые подаются на первый вход элемента И-НЕ

5. При временном совпадении входных сигналов на выходе элемента И-НЕ 5 вы4S деляются инверторные импульсы Ug которые подаются на вход формирователя

6 импульсов.

Фаза переднего фронта его выходных сигналов U> совпадает с фазой о заднего фронта сигналов 0 на выходе элемента И-HE 5. Через делитель 15 напряжения сигналы U подаются также на вход второго элемента 16 сравнения, где они суммируются с выходным

SS напряжением управления U задатчика

1 напряжения управления и входным отрицательным напряжением смещения U см эадатчика 2 отрицательного напряжения

892650 смещения. Результирующее напряжение суммирования 08 (фиг. 2) с выхода элемента 1 сравнения подается на вход ин.тегрирующего элемента 1 который уп" равляет работой нуль-орган 7. На вход интегрирующего элемента 17 воздействует знакопеременное напряжение прямоугольной формы Ug. Если за период квантования Т, определяемый частотой следования импульсов синхронизации

U >, на входе интегрирующего элемента 17 вольтсекундная площадь суммы входных напряжений равна нулю, т.е. площадь положительного и отрицательного импульсов напряжения U g не равны между собой, то начинает меняться напряжение Up на выходе интегрируемого элемента 17, что сопровождается изменением длительности выходных сигналов U нуль-органа 7.

При изменении фазы сигналов на выходе нуль-органа 7 от до момента окончания основной коммутации, т.е. до значения 7L- с о- Оо, все сигналы на входе элемента И-HE 5 совпадают по времени, а выходные сигналы

U< нуль-органа 7 имеют минимальную длительность и на выходе элемента

И-НЕ 5 формируются инвертированные сигналы, совпадающие с ними по фазе и длительности.

Изменение длительности (фазы) сигналов на выходе элемента И"НЕ g прекращается в том случае, если за период квантования Т вол ьт се ку ндные площади положительного и отрицательного импульсов напряжения 0 1 на входе интегрирующего элемента 17 становятся равными между собой или когда фаза перднего фронта выходного сигнала нуль-органа равна или меньше

1 - > д- Оо.

При неизменной амплитуде сигналов на вьixope элемента И"НЕ 5 и неизменном напряжении смещения Uo на выходе задатчика 2 каждому значению выходного напряжения управления U задатчика 1 соответствует вполне определенная длительность сигналов на выходе нуль-органа 7, а следовательно и на выходе элемента И-НЕ 5, при которой напряжение на выходе элемен та 16 сравнения за период квантования Т сохраняется равным нулю.

В исходном состоянии схемы устройства, т.е. до начала регулирования, напряжение управления 0 на выходе задатчика 1 равно нулю.

На выходе нуль-органа 7 формирую;— ся импУльсы Ug, фаза переднего фронта которых соответствует максимальному (начальному) углу регулирования

s d. 1>яс тт Длительность этих импульсов определяется величиной напряжения смещения 0 „на выходе задатчика 2.

При изменении напряжения управления >1 на выходе задатчика 1 фаза импульсов на выходе логического элемента И-НЕ g меняется от максимального значения oh до значения

X-do-3o, сост ветст вующего моменту . окончания основной коммутации. В этом же диапазоне меняется фаза и выходные сигналы U формирователя 6 импульсов, т.е. Устройство обеспечивает не только регулирование фазы выходных сигналов в заданном диапазоне, но и обеспечивает запрет на их прохождение в интерваг» от 0 до момента окончан> я основной коммутации токов по плечам отрегулированного моста преобразователя.

При переводе схемы устройства из режима управления выпрямителем (режим тяги) в режим управления инвертором (режим ре куперации ) ключ 12 размыкается, а ключ 13 замыкается, транзО зисторный ключ 10 закрывается, а на выходе регулятора 3 угла опережения формируются импульсы прямоугольной формы, фаза переднего фронта ка" торых равна отсчитываемому от 0 уг"

35 лу опе;. с><ениной $0 = 1ь (>)Qp или

= R- Ъ, где (— угол запаса инвертора, +op- угол основной коммутации, а

P6 - Р.

Так как в момент перевода схемы устройства из одного режима работы в

>другой напряжение управления U y на выходе задатчика 1 становится равным нулю, а напряжение смещения Ус„ остается неизменным, то на выходе нуль органа 7 формируются импульсы прямоугольной формы U< (фиг. 3), фаза переднего Фронта которых соответству-ет максимальному для режима выпрлмления углу регулирования oL gy>. Эти о импульсы подаются на первый вход логического элемента И-HE g.

На второй вход элемента И-HE ) с выхода транзисторноГо ключа 10 вместо инвертированного сигнала с выхода датчика 4 угла коммутации подается напряжение О (потенциальная единица), а на третий вход элемента И-HE g через ключ 13 вместо сигнала с выхода Фазорегулятора 11 подается задержанный элементом 18 задержки на угол hP u инвертированный элемент HE 14 сигнал

U с выхода регулятора 3 угла опережения (фи г. 3) .

Обычно величина угла опережения

Р =& 1 инвертора меньше максимального (начальный) угла открытия тиристоров о „с,. Поэтому при ма.,ой величине задержки bP сигнала с выхода регулятора 3 временное совпадение сигналов U, Q, U на входе элемента И-HE 5 отсутствует и на его выходе формируется постоянное напряжение (потенциальная единица), которое через делитель 15 напряжения подается на один из входов второго элемента

16 сравнения (фиг. 1) .

На выходе элемента 16 сравнения результирующее напряжение суммирования вместо знакопеременной формы становится постоянным, вольтсекундная площадь суммы напряжений на входе интегрирующего элемента 17 перестает быть равной нулю и его выходное напряжение начинает изменяться, что сопровождается изменением (увеличением) длительности сигналов U на выходе нуль-органа 7.

Увеличение длительности сигналов

U< на выходе нуль-органа 7 будет продолжаться до появления временного совпадения входных сигналов U, U, U на выходе элемента И-HE 5, при котором площади положительного и отрицательного импульсов напряжения 0 на входе элемента 17 вновь станут равными между собой. Указанное равновесие наступает если фаза d, <> р переднего фронта выходного сигнала

Ug нул ь -органа 7, а следовательно, и Фаза заднего фронта выходного сигнала U элемента И-HE 5 принимает значение мд Р нспт сериа х р = < ыс хт с "оР+4

Итак, при подключении выхода weмента И-HE 5 через делитель 15 напря. жения, второй элемент 16 сравнения и

I интегрирующий элемент 17 ко входу первого элемента сравнения, вводится связь между зависящими от режима р аботы и н ве р тора у глом опережения Р (угол Pi зависит от величины угла коммутации pop) и максимальным

892650 8

30!

Ео

55 (начальным) углом регулирования с" „с1„Р который ранее уст а на вли вал ся посредством только напряжения смещения U,„ на выходе задатчика 2. При этом, независимо от величины установленного в режиме выпрямления начального угла регулирования oL qy, р и величины угла опережения 15 после перевода схемы устройства в режим управления инвертором величина максимального (начального) угла ре гулирования „всегда меньше 1 —

Включение элемента 18 задержки между выходом регулятора 3 угла опережения и логическим элементом НЕ 14 поз вол яет при необходимости ре гулировать величину с а рв пределах от

Cmobs P до < мс3хтСледует учесть, что перевод силовой схемы из выпрямительного в инверторный режим работы совпадает с моментом перевода схемы устройства и занимает значительно больший промежуток времени, чем время, за которое в схеме устройства наступает установившийся (исходный) режим работы.

Если по каким-либо причинам к моменту перевода схемы устройства в режим управления инвертором величина угла опережения инвертора

/Г-К+ ®Р окажется больше максимального угла регулирования с що тна вену $X, равную = о о(п,охтто за счет наличия временного совпадения входных сигналов логического элемента И-НЕ 5 на его выходе формируется сигнал минимальной длительности Ь скоторый через делитель 15 напряжения подается на один из входов второго элемента 16 сравнения, Так как величина М,, равная Г- с ---К-О 0р, меньше длительности1Г о(уды Г сигналов Uy на выходе нуль-органа 7, формируемых в исходном состоянии схемы устройства, настроенного для управления выпрямителем (фиг. 2), то вольтсекундная площадь суммы напряжений на входе интегрируемого элемента 17 перестает быть равной нулю и его выходные напряжения начинают изменяться.

Изменение выходного напряжения интегрирующего элемента 17 сопровождается изменением (увеличением) длительности сигналов U@ на выходе нуль органа 7.

Увеличение длительности сигналов

Ug будет продолжаться до появления такого совпадения сигналов U 0

1 2

0 на входе элемента И-НЕ 5, при котором площади положительного и отрицательного импульсов напряжения на выходе элемента 17 вновь станут равными между собой.

Такое состояние наступает в том случае, если фазас(. „ p переднего фронта сигналов U4 йа выходе нуль-органа 7, а следовательно, фаза заднего фронта выходных сигналов Ug элемента

И-НЕ 5 и фаза импульсов U> на выходе формирователя принимает значение юа р= axò О 6op+>5+ 6 . Здесь, как и в предыдущем случае, величина максимального, íà÷àë ь ного} угла открытия тиристоров инвертора всегда меньше угла опережения Pо=

=Ф- ЬПри изменении величины напряжения управления на выходе задатчика 1 (начало регулирования) фаза выходных сигналов 7 формирователя б импульсов изменяется от О(с, о до нуля (фиг. 3) .

Таким образом, введение новых элементов в предлагаемое устройство повышает надежность работы.

Формула изобретения

Устройство для управления преобразователем, содержащее задатчики напряжения управления и смещения, элемент

И-НЕ, выход которого подключен ко вхо892650 10 ду формирователя импульсов, а первый его вход через нуль-орган и элемент сравнения соединен с выходом синхронизированного сетью генератора пилообразного напряжения, второй вход через транзисторный ключ соединен с выходом датчика угла коммутации, подключенного ко входу регулятора угла опережения инвертора, третий вход

1о через первый управляемый ключ соединен с выходом Фазорегулятора минимального угла управления, а через второй управляемый ключ - с выходом эле-. мента НЕ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено элементом временной задержки, делителем напряжения, вто" рым элементом сравнения и интегрирую" щим элементом, причем вход делителя напряжения соединен с выходом элемента И-НЕ, а выход интегрирующего элемента подключен ко второму входу первого элемента сравнения, выходы задатчиков напряжения управления и дз смещения подключены ко входу второго элемента сравнения, а элемент временной задержки включен между выходом регулятора угла опережения инвертора и входом элемента HE. зо

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Электрическая и тепловозная тяга, 1976, N 5, с. 28.

2. Электрическая и тепловозная тяга, 1978, NÃ 1, с. 28, рис. 3.

Фиг.

Составитель О. Парфенова

Редактор В. Лазаренко Техред А. Бабинец Корректор Г. Решетник

Заказ 11277/82 Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

ho делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4