Способ автоматического управления многомостовым тиристорным преобразователем и устройство для его осуществления

1. Способ автоматического управления многомостовым тиристорным преобразователем, содержащим выпрямитель, регулируемый и нерегулируемый инверторные блоки, заключающийся в том, что измеряют длительность угла основной коммутации, задают угол запаса, суммируют их, в результате чего формируют угол опережения инверторных блоков, задают напряжение управления, в соответствии с которым регулируют величину углов включения тиристоров выпрямителя и тиристоров регулируемого инверторного блока, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, измеряют скорость изменения угла основной коммутации и скорости изменения угла опережения инверторных блоков, проводят указанное регулирование углов включения тиристоров выпрямителя и регулируемого инверторного блока пропорционально разности измеренных скоростей.
2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее датчик угла основной коммутации, блоки фазового управления выпрямителем и инверторными блоками с выводами для подключения к преобразователю, первые входы блоков фазового управления соединены с выходами задатчика напряжения управления, задатчик угла запаса, выход которого и выход датчика угла основной коммутации соединены с входами сумматора, отличающееся тем, что оно снабжено двумя фиксаторами уровня, регулятором угла опережения и блоком управления регулятором, причем выход сумматора подключен через соответствующий фиксатор уровня к вторым входам блоков фазового управления и через блок управления регулятором к первому входу регулятора угла опережения, второй вход которого соединен с выходом датчика угла основной коммутации, а выход соединен с выходом для подключения к преобразователю.

Изобретение относится к электронике, в частности к вентильному электроприводу, и может быть использовано на электроподвижном составе переменного тока с рекуперативным торможением.
Известен способ автоматического управления инвертором и устройство для его осуществления, заключающийся в том, что в цепь нагрузки включают большое добавочное сопротивление, измеряют угол коммутации и пропорционально его величине регулируют угол опережения , увеличивают угол открытия тиристоров выпрямительной установки возбудителя (ВУВ) при увеличении инвертируемого тока, осуществляя общее противовозбуждение двигателей, которое служит для повышения динамической устойчивости инвертора.
Недостатком известного способа и устройства является малая эффективность противовозбуждения. Это обусловлено тем, что скорость протекания электромагнитных процессов в цепи инвертора много больше скорости электромагнитных процессов противовозбуждения.
Кроме того, автоматическое уменьшение потока возбуждения при увеличении инвертируемого тока приводит к снижению жесткости тормозных характеристик.
Наиболее близким к изобретению является способ автоматического управления многомостовым тиристорным преобразователем, заключающийся в том, что измеряют длительность угла основной коммутации, задают угол запаса, суммируют их, в результате формируют угол опережения инверторных блоков, задают напряжение управления, в соответствии с которым регулируют величину углов включения тиристоров выпрямителя и тиристоров регулируемого инверторного блока.
Известно также устройство для осуществления этого способа, содержащее датчик угла основной коммутации, блоки фазового управления выпрямителем и инверторными блоками с выводами для подключения к преобразователю, первые входы блоков фазового управления соединены с выходами задатчика напряжения управления, задатчика угла запаса, выход которого и выход датчика основной коммутации соединены с входами сумматора.
Этот способ и устройство обеспечивают надежную работу преобразователя только при наличии достаточно большого запаса устойчивости. При работе инвертора с постоянным углом запаса пропорционально величине угла коммутации уменьшается противоЭДС силового трансформатора. В системе возникает положительная обратная связь, которая приводит к нарушению электрической устойчивости. Для обеспечения нормальной работы преобразователя в различных условиях эксплуатации требуется повышенный запас устойчивости, который достигается путем увеличения угла запаса.
Целью настоящего изобретения является повышение надежности.
Поставленная цель достигается тем, что в способе автоматического управления многомостовым тиристорным преобразователем измеряют скорость изменения угла основной коммутации и скорость изменения угла опережения инвертора, проводят указанное регулирование углов включения тиристоров выпрямителя и регулируемого инверторного блока пропорционально разности измеренных скоростей.
Кроме того, поставленная цель достигается тем, что устройство для осуществления способа снабжено двумя фиксаторами уровня, регулятором угла опережения и блоком управления регулятором, причем выход сумматора подключен через соответствующий фиксатор уровня к вторым входам блоков фазового управления и через блок управления регулятором к первому входу регулятора угла опережения, второй вход которого соединен с выходом датчика угла основной коммутации, а выход соединен с выводом для подключения к преобразователю.
Способ управления многомостовым преобразователем заключается в том, что необходимое для обеспечения динамической устойчивости регулирование тока возбуждения и величины противоЭДС силового трансформатора осуществляется путем использования сигналов, пропорциональных непосредственно скорости изменения выходного напряжения инвертора (противоЭДС), и в том, что угол опережения регулируют в зависимости от угла коммутации и отклонения фактического угла запаса от заданного значения. Это позволяет снизить погрешность регулирования и обеспечить устойчивость преобразователя, а следовательно, повысить надежность работы, при этом жесткость характеристик сохраняется максимальной.
На чертеже приведена блок-схема преобразователя и устройства для осуществления способа управления.
Многомостовой тиристорный инвертор 1 подключен к секционированной вторичной обмотке силового трансформатора 2. Инвертор 1 имеет регулируемые и нерегулируемые блоки и нагружен на тяговый двигатель 3, работающий в генераторном режиме с независимым возбуждением, обмотки 4 возбуждения питаются от выпрямителя 5.
Устройство для управления многомостовым преобразователем содержит регулятор 6 угла опережения, блоки 7 и 8 фазового управления инверторными блоками и выпрямителем, задатчик 9 напряжения управления, датчик 10 угла основной коммутации, сумматор 11, задатчик 12 угла запаса, фиксаторы 13 и 14 уровней, блок 15 управления регулятором.
Регулирование величины угла опережения инвертора, противоЭДС и тока (потока) возбуждения осуществляется путем изменения фазы импульсов управления тиристорами инвертора 1 соответственно на выходе регулятора 6 и блоков 7 и 8.
Режим работы инвертора и выпрямителя задается величиной напряжения на выходе задатчика 9. Начальное значение угла опережения определяется величиной напряжения смещения задатчика, входящего в состав регулятора 6, и соответствует заданной величине угла запаса .
Сигналы прямоугольной формы, длительность которых равна продолжительности основной коммутации токов по плечам нерегулируемого блока инвертора 1 в моменты подачи импульсов с фазой формируются на выходе датчика 10 и подаются на вход регулятора 6. При изменении длительности этих сигналов угол опережения изменяется прямо пропорционально величине угла основной коммутации по закону = + . Одновременно с этим сигналы с выхода датчика 10 подаются на один из входов сумматора 11, на второй вход которого поступают сигналы с выхода задатчика 12. На выходе задатчика 12 в конце каждого полупериода питающего напряжения формируются импульсы прямоугольной формы, равные по длительности заданному значению угла запаса .
Результирующий сигнал с выхода сумматора 11 через фиксаторы 13 и 14 подается на входы блоков 7 и 8, а через блок 15 на вход регулятора 6. При поступлении на вход фиксаторов 13 и 14 серии импульсов прямоугольной формы за время импульса абсолютная величина напряжения на их выходах увеличивается пропорционально длительности входных импульсов с малой постоянной времени, а за время паузы не успевает снизиться до начального значения. Только при отсутствии входных импульсов в течение нескольких полупериодов напряжение на выходе фиксаторов 13 и 14 становится равным нулю.
При поступлении сигналов на вход блока 15 его выходное напряжение медленно увеличивается, увеличивая тем самым угол опережения , формируемый регулятором 6, а при отсутствии входных импульсов так же медленно уменьшится. Скорость изменения напряжения на выходе блока 15 много меньше скорости изменения (увеличения по абсолютной величине) отрицательного напряжения на выходе фиксаторов 13 и 14 во время присутствия на их входах импульсов прямоугольной формы, поступающих с выхода сумматора 11.
Следовательно, напряжение на выходе блока 15 компенсирует статическую погрешность регулирования угла опережения при постоянстве угла запаса и не оказывает влияния на динамические свойства регулятора 6.
В переходных режимах работы, например в момент перехода в режим рекуперации, или при действии различного рода возмущающих воздействий, если скорость изменения угла основной коммутации становится больше скорости регулирования угла опережения , то на выходе сумматора 11 появляются импульсы прямоугольной формы, длительность которых пропорциональна скорости уменьшения противоЭДС.
Пропорционально длительности этих импульсов изменяется величина напряжения фиксаторов 13 и 14, а следовательно, и фаза импульсов управления тиристорами на выходе блоков 8 и 7, которая меняется пропорционально разности скоростей изменения углов основной коммутации и опережения. При этом резко увеличивается противоЭДС трансформатора и уменьшаются ток возбуждения и скорость его изменения. В этом случае не только обеспечивается динамическая устойчивость инвертора при наличии сильных возмущающих воздействий, но и значительно снижаются скорости нарастания тока возбуждения и инвертируемого тока, тем самым скорости изменения тормозного усилия.
В установившемся режиме статическая погрешность регулирования угла опережения при постоянстве угла запаса равна нулю, и жесткость тормозных характеристик остается максимальной.
Использование данного способа автоматического управления многомостовым тиристорным преобразователем и устройства для его осуществления обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: уменьшение величины добавочных сопротивлений в цепи нагрузки генератора без снижения динамической устойчивости, что особенно важно для повышения процента возврата энергии в сеть при рекуперативном торможении, упрощение схемы системы управления инвертором и повышение надежности работы тиристорного электропривода, повышение степени устойчивости торможения в эксплуатации за счет реализации оптимальных скоростей нарастания тормозного усилия в переходных режимах, повышение жесткости тормозных характеристик за счет исключения постоянного противоком- паундирования, в результате чего увеличивается точность регулирования заданной величины тормозного усилия.