Устройство управления статическим преобразователем частоты

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ СПУБЛИН 9) 51) Н 02 М 5/45 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПАТЕНТУ выхосостузладом ом блока защиты отвляющей, а выход цезащиты соединен с и остоянно тральног рвым вх сов, ис я питан кателем пределител п еденнои цепью ключен ткозам веденным кор ый подключен атушки индук й выхода вып ан Мик кот ежду среднеи точвности и общейой Пен тру) чк теля и вход 300,2. Устройство по и; 1, ю щ е е с я тем, что рас импульсов содержит два дели ты, средняя точка которых с входом интегрирующей с которой соединен с входо Шмитта, второй вход кото нен с потенциометром, а гера и второго делителя динены с входом первой и ческих схем И, выходы ко иены с входом первой и в ренцирующих цепей и вход тлич а ь ) яч соединена ы, вых риггер го сое ыходы триге тоты второй логи орых сое ен орои дми двух ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(72) Ромулус Зарони, Ди Йон Крека (СРР)(71) Институтул де ЦерцетариИндустриа Электротехника (СР(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯСТАТИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫс выпрямителем, инвертором и катушкой индуктивности с отводом от средней точки, содержащей задающий генератор, распределитель импульсов,генератор управляющих импульсов, усилители импульсов главных тиристорови тиристоров гашения с разделительными импульсными трансформаторами на выходе, центральный.узел защиты, цепь запуска и отключения статистического преобразователя, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения надежностиработы, первый вход центральногоузла защиты соединен с введеннымдетектором внутреннего короткогозамыкания через инвертор, второйвход - с выходом введенного блоказащиты при отклонении напряжения отдопускаемых пределов, третий - свыходом блока защиты ст внешнего короткого замыкания, четвертый - с инвертора, а вход цепи. запуска и отключения статического преобразователя соединен с первым выходом распределителя импульсов, выход этой цепи соединен с введенным выключателем нагрузки преобразователя и с вторым входом распределителя импуль-.З сов, третий вход распределителя импульсов соединен с выходом задающего генератора, четвертый вход распределителя импульсов - с выходом генератора управляющих импульсов, а другие Я выходы распределителя импульсов соеди иены с усилителями импульса тиристо- )ваа ,ров гашения, с усилителями импульсов , м ,главных тиристоров и с входами блоки-ровки усилителей импульсов главных р тиристоров,Сл/5 13035, И илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектн сударственногом изобретений иква, Ж, Рауш ткрыт ая на114 версных цепей, выходы которых соединены с входами третьей и четвертой дифференцирующих цепей, выходы каждой из дифференцирующих цепей соединены с входами цепей нестабильности, выходы которых являются вторым выходом распределителя импульсов и соединены с входами первых четырех усилителей импульсов, которые соединены с пер вичными обмотками первых четырех разделительных импульсных трансформаторов тиристоров гашения, третью и четвертую логические схемы И, выходы которых являются третьим выходом распределителя импульсов, соединенного двумя входами с выходами 3первых логических схем И, а выходы третьей и четвертой логических схем И соединены через усилители импупьсов с первичными обмотками других четырех разделительных импульсных трансформаторов главных тиристоров инвертора, триггер, первыйвход которого соединен с выходом цепи запуска и выключения, второй вход триггера соединен с выходом центрального узла защиты , а выход тригге - ра соединен с выходами блокировки усилителей импульсов главных тиристоров инвертора иявляется четвертым выходом распределителя импульсов.Изобретение относится к системам управления статическими преобразо- вателями частоты со звеном постоянного тока, которые преобразуют электрическую энергию переменной частоты первичного источника в электрическую энергию заданной частоты для пи- тания цепей обогрева железнодорожных пассажирских вагонов, а также для обеспечения электрической энергией некоторых вспомогательных установок, таких как оборудование для зарядки аккумуляторных батарей, приводные двигатели оборудования для кондиционирования воздуха и т.п., составляющих часть оборудования для электрического обогрева поездов.Известны статические преобразователи частоты, применяемые для электрического обогрева пассажир ских поездов в которых предусмотрена электронная защита инвертора Щ 3Недостатками таких преобразователей являются сложность конструкциии высокая себестоимость.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности являетсяустройство управления преобразователем частоты, содержащее последовательно связанные между собой через катушку индуктивности выпрямитель и инвертор, основные тиристоры и тиристоры гашения, защитные цепоч 3ки, а также блок управления, включающий в себя задающий генератор, генератор управляющих импульсов, усилители импульсов главных тиристоров и тиристоров гашения с разделительными импульсными трансформаторами на выходе, центральный узел защиты и цепь запуска и отключения пре" образователя 31 .Однако известное устройство характеризуется недостаточной надежностью работы.Цель изобретения - повышение надежности работы. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве управления с выпрямителем, инвертором и катушкой индуктивности с отводом от средней точки, содержащем задающий генератор, распределитель импульсов, генератор управляющих импульсов, усилители импульсов главных тиристоров и тиристоров гашения с разделительными импульсными трансформаторами на выходе, центральный узел защиты, цепь запуска и отключения статического преобразователя, первый вход центрального узла защиты соединен с введенным детектором внутреннего короткого замыкания через инвертор, второй вход - с выходом введенного блока защиты при отклонении напряжения от допускаемых пределов, тре3 1148 тий - с выходом блока зашиты от внешнего короткого замыкания, четвертый с выходом блока защиты от постоянной составляющей, а выход центрального узла защиты соединен с первым входом распределителя импульсов, с введенной цепью отключения питания и с введенным короткозамыкателем, который подключен между средней точкой катушки индуктивности и общей точкой 1 О выхода выпрямителя и входа инвертора, а вход цепи запуска и отключения статического преобразоватееля соединен с первым выходом распределителя импульсов, выход этой цепи 15 соединен с введенным выключателем нагрузки преобразователя и с вторым входом распределителя импульсов, третий вход последнего соединен с выходом задающего генератора, чет вертай вход - с выходом генератора управляющих импульсов, а другие выхо" ды распределителя импульсов соединены соответственно с усилителями импульсов тиристоров гашения, с усилителями 25 импульсов главных тиристоров, и с входами блокировки усилителей импульсов главных тиристоров.Кроме того, распределитель импульсов содержит два делителя частоты, ЗО средняя точка которых соединена с входом интегрирующей схемы, выход которой соединен с входом триггера Шмитта, второй вход которого соединен с потенциометром,а выходы тригге- ра и второго делителя частоты соединены с входом первой и второй логических схем И, выходы которых соединены с входом первой и второй дифференцирующих цепей и входами двух 4 О инверсных цепей, выходы которых соединены с входами третьей и четвертой дифференцирующих цепей, выходы каждой из дифференцирующих цепей соединены с входами цепей нестабиль ности, выходы которых являются вторым выходом распределителя импульсов и соединены с входами первых четырех усилителей импульсов, которые соединены с первичными обмотками первых четырех разделительных импульсных трансформаторов тиристоров гашения, третью и четвертую логические схемы И, выходы которых являются третьим) выходом распределителя импульсов, сое диненного двумя входами с выходами первых логических схем И, а выходы третьей и четвертой логических схем 5)3 4И соединены через усилители импульсов с первичными обмотками других четырех разделительных импульсныхтрансформаторов главных тиристоров инвертора, триггер, первый вход которого соединен с выходом цепи запуска и выключения, второй вход триггера соединен с выходом центральногоузла защиты, а выход триггера соединен с входами блокировки усилителей импульсов главных тиристоровинвертора и является четвертым выходом распределителя импульсов.На фиг. 1 представлена блок-схемастатического преобразователя частотыс постоянным входным напряжением инвертора постоянного тока; на фиг. 2 -принципиальная схема инвертора; нафиг. 3 - блок-схема электронной схемы защиты и управления; на фиг. 4 -блок-схема устройства управления статическим преобразователем; на фиг. 5 -диаграмма импульсов.Статический преобразователь частоты (фиг. 1) с промежуточной цепьюпостоянного тока состоит из двухполупериодного трехфазного мостового диодного выпрямителя 1, инвертора 2 с принудительной коммутацией тиристоров,выключателя 3 источника питания, выключателя 4 нагрузки, трансформатора5 тока, защитного трансформатора 6тока, трансформатора 7 напряжения,блока 8 автоматики и управления, фильтрующей катушки индуктивности 9 сотводом от средней точки, фильтрующего конденсатора 1 О, защитного короткозамыкателя 11, ограничивающейток нагрузки катушки 12 индуктивности, рекуперационного диода 13, ограничительного резистора 14, буферногоконденсатора 15, блока 16 для обнаружения смены полярности напряжения промежуточной цепи.Статический преобразователь частоты питается энергией от синхронного генератора оборудования отопления, который обеспечивает трехфазную систему напряжений переменной частоты в зависимости от числа оборотов приводного дизельного двигателя этого генератора, причем величина напряжения стабилизируется на заданном уровне. Напряжение подается посредством выключателя 3.Выходное постоянное напряжение в выпрямителе преобразователя 1 имеет постоянную величину независимо оттого, какой будет частота напряжения генератора. Фильтр типа индуктивность - емкость 9, 10 обеспечивает кроме непрерывной регулировки также отсоединение инвертора в случае появ ления отказа в системе.Исключение перенапряжения зарядки Фильтрующего конденсатора обеспечивается блоком защиты, образуемым диодом 13 и КС-элементами 14 и 15. В 10 случае появления неисправности в инверторе или в нагрузке приводится в действие короткозамыкатель 11, который снимает напряжение источника питания на клеммах инвертора в течение времени вплоть до 4 мс, подавая команду снятия возбуждения генератора и отключения статического преобразователя частоты.Инвертор 2 питается постоянным И напряжением постоянного тока и обеспечивает на своем выходе однофазное переменное напряжение прямоугольной формы неизменной величины и постоянной частоты. Блок 8 управления и автоматики обеспечивает посредством своей электронной аппаратуры управления импульсы, необходимые для работы инвертора с выбранной частотой, на него поступает 30 информация о напряжении с трансформатора 7 и информация о выходном токе от трансформатора 6 для защиты по напряжению и от внешнего короткого замыкания,а также команда З 5 об изменении полярности напряжения в промежуточной схеме постоянного тока от блока 16 для защиты от внутренних коротких замыканий в инверторе. Этот блок обеспечивает под ключение и отключение преобразователя приведением в действие выключателей 3 и 4 при пуске или требуемой последовательности отключения со" ответственно или при отключении 45 ввиду неисправности в системе. Выходной ток инвертора изМеряется посредством трансформатора 5 тока.Данный инвертор выполняется но варианту с принудительной (искус ственной) коммутацией, которая обеспечивается вспомогательными гасящими тиристорами, и кондесаторами схемы гашения.Гашение главных тиристоров 17-20 55 (фиг. 2), которые в данный момент находятся в проводящем состоянии, достигается снятием тока, идущего через главные тиристоры, одновременно с подачей блокирующего напряжения к их клеммам. Нагрузка инвертора подключается к средним точкам моста, образуемого главными тиристорами 17, 20, 18 и 19. Пусть тиристоры 17 и 20 деблокируются одновременно, что определит протекание тока нагрузки в течение этого полу- периода. В момент времени, когда деблокируются тиристоры 17 и 20, обеспечивается заряд гасящих конденсаторов 21-24 посредством вспомогательных тиристоров 25-28, на которые приходит от вентиля импульс управления, Эти конденсаторы заряжаются в колебательных контурах, которые образуют элементы 17, 26, 29, 22 и 20, 27, 30 и 23. Гасящие конденсаторы 22 и 23 готовятся для гашения главных тиристоров 17 и 20, в момент прихода команды отпирают вспомогательные тиристоры 25 и 28 ввиду заряда конденсаторов начинается колебательный процесс для прекращения проводимости главных тиристоров 17 и 20. Разрядные токи конденсаторов замыкаются в упомянутых выше цепях. В процессе коммутации колебательного контура обеспечивается протекание тока нагрузки, пик разрядного тока замыкается диодами 31 и 32, включенными параллельно тиристорам, прямое падение напряжения на тиристорах подается в качестве запирающего напряжения к7 клеммам главных тиристоров 17 и 20; после окончания периода коммутации производится отпирание главных тиристоров 18 и 19 и одновременно гасящих тиристоров 25 и 28.В течение другого полупериода нагрузка подключается через главные тиристоры 18 и 19, причем одновременно обеспечивается заряд гасящих конденсаторов при соответствующей полярности в цепях, аналогичных указанным ранее. Таким образом подготавливается работа гасящей схемы с целью управляемого гашения главных тиристоров 18 и 19.При реактивной нагрузке когда гасятся главные тиристоры 17 и 20 (18 и 19), реактивный ток нагрузки принимается рекуперативными диодами 31 и 32 (33 и 34), которые пропускают электрический ток в течение времени, пропорционального величине коэффициента мощности нагрузки,Электронная схема управления инвертора (фиг, 3) содержит две части: информационную и усилительноразвязывающую, и обеспечивает коммутацию его главных тиристоров с вынужденной частотой,Рабочая частота инвертора задается генератором 35 тактовых импульсов, который вырабатывает прямоугольные импульсы вынужденной частоты 1 О(Фиг. 5 а), Триггерная схема 36 с двумя устойчивыми состояниями делит надва частоту импульсов генератора 35и достигает постоянного коэффициентазаполнения 1/2 (фиг. 5 б), 15Триггерная 37 схема с двумя устойчивыми состояниями вновь делит на двачастоту, генерируемую схемой 36(фиг. 5 с). Прямоугольные импульсы навыходе схемы 36 интегрируются интег Орирующей схемой 38, которая формирует напряжение треугольной формы спиковыми защитными импульсами (Фиг,5 Д),)подаваемое на вход компаратора, собранного по схеме триггера Шмитта 39,25вместе с сигналом изменяемого напряжения отпотенциометра 40. На выходекомпаратора 39 получаются импульсы,разделяемые паузами, длительность которых определяется уровнем напряже.ния постоянного тока с потенциометра 40 (фиг. 5 е).Эти импульсы подают на вход первой41 и второй 42 логических схем вместе с сигналами от триггера 37. На З 5выходе логических схем 41 и 42, которые являются схемами совпадения И,получаются импульсы (фиг. 5,Г и 8),которые имеют длительность, равную по.лупериоду, и частоту, равную рабочей 40частоте инвертора.Эти полупериодные импульсы дифференцируются первой 43 и второй 44дифференцирующими цепями, в результате получаются короткие продифференцированные импульсы, сфазированныес началом полупериодных импульсов(фиг. 5 Ь,). Инвертирование этих импульсов 50 осуществляется логическими схемами НЕ 45 и 46, их выходной сигнал дифФеренцируется третьей 47 и четвертой 48 дифференцирующими цепями, На выходе этих дифференцирующих цепей 55 получаются короткие импульсы, сфазированные с концом полупериодньм импульсов (фиг. 51 и к). Полученные продифференцированныеимпульсы подаются к схемам 49-52с одним устойчивым состоянием, которые создают импульсы неизменной длительности, усиливаемые затем первым -четвертым импульсными усилителями53-56, которые питают первичные обмотки первого-четвертого импульсныхтрансформаторов 57-60. Во вторичныхобмотках этих трансформаторов получают импульсы управления для гасящих тиристоров.К входам триггерных схем Шмитта61 и 62 подают импульсы с частотой500 Гц, генерируемые автоколебательной схемой 63, которые передаютсяк выходам двух схем Шмитта 61 и 62только во время существования полупериодного сигнала (фиг. 51 иа),Импульсы на выходе схем 6 и 62являются противоположными по фазеи подаются на вход пятого - восьмогоимпульсных усилителей 64-67, которыепитают пятый - восьмой импульсныетрансформаторы 68-71Вторичные обмотки пятого и шестого трансформаторов 68 и 69 соединены попарно и предназначены для управления главнымитиристорами 17 и 20 в диагонали преобразователя с длительностью импульса, равной продолжительности проводимости главных тиристоров,Вторичные обмотки седьмого 70 ивосьмого 71 трансформаторов попарносоединены и предназначены для управления главными тиристорами 18 и 19 вдругой диагонали преобразователя сдлительностью импульса, равной продолжительности состояния проводимости главных тиристоров.Все импульсы управления главныхтиристоров 17-20 могут блокироваться сигналом постоянного напряжениясоответствующей полярности, подаваемым от триггерной 72. схемы с двумяустойчивыми состояниями, котораяуправляется схемой ИЛИ 73.Схема ИЛИ 73 управляется по входу,определяя таким образом блокирование импульсов управления главнымитиристорами от .следующих блоков защиты. Блок 74 задержки при пуске,который управляет пятой логическойсхемой 75 и блокирует импульсы начиная с момента подключения источников питания электронных схем идо определенного момента после истечения времени задержки, задавае 148573 10мого началом появления полупериодного импульса Таким образомпосле истечения некоторого времени после включения источников питания электронных схем обеспечивается одновременное существование импульсов управлений главными тиристорами (график 1 ) и импульса заряда гасящих конденсаторов (фиг. 56).Блок 76 защиты от внутреннего 1 О короткого замыкания, на вход которого поступает сигнал напряжения с резистивного делителя 16 (фиг, 1). В момент перемены полярности напряжения питания преобразователя в случае, 5 когда образуется внутреннее короткое замыкание, этот блок вырабатывает импульс для управления схемой ИЛИ 73.Блок 77 защиты по напряжению с выхода преобразователя, на вход ко торого поступает сигнал напряжения от трансформатора 7 (фиг. 1), который определяет, находится ли величина напряжения на выходе преобразователя в определенных пределах. Если прейышаются .эти ограничительные величины, то схема 7 управляет схемрй ИЛИ 73 и блокирует импульсы главных тиристоров 17-20 а через схему 78 управляет расцеплением переключателя 3 (фиг. 1)30 после периода времени, составляющего примерно 3 с.Кнопка 79 остановки приводится в действие, когда задается последовательность выключения преобразователя, которая состоит в блокировании главных импульсов через схему ИЛИ 73 и триггер 72 и в управлении схемой 78 для рассоединения выключателя 3 (фиг, 1).40Блок 80 защиты от постоянной составляющей в выходном напряжении пре,образователя, на вход которого поступает выходное напряжение преобразователя 2, Если при разнице между положительными и отрицательными полупериодами выходного напряжения, котораяпревышает величину, определяемую с заданной точностью, блок 80 защитыгенерирует сигнал напряжения послезаданного периода времени, и подаются команды блокирования главныхимпульсов, а также отключения преобразователя. Защита преобразователяот внешнего короткого замыкания достигается блоком 81 защиты от внешнего короткого замыкания, которыйуправляется трансформатором тока 6(Фиг. 1). Если ток нагрузки превышает максимальную заданную величину,то схема 81 генерирует сигнал напряжения, который управляет схемой 82управления короткозамыкателя 11(фиг. 1) и сигнальной схемой 83,Рабочая частота преобразователяустанавливается переключателем 84частоты (фиг. 3). Если переключательсдвигается от частоты 16 2/3 Гц к частоте 22 Гц во время работы преобразователя, то это означает, что пройденоположение "0", импульсы блокируютсяи отключение преобразователя происходит благодаря схеме ИЛИ 73. Рабочая частота меняется в то время, когда преобразователь не работает, Нагрузка преобразователя подключаетсяпри помощи замыкания выключателя 4(фиг. 1), который управляется схемой 85 (фиг 4),Статический преобразователь частоты со звеном постоянного тока,включающий предлагаемое устройствоуправления, обладает высокой надежностью вследствие наличия необходимых средств защиты для каждого отдельного случая и характеризуетсяотносительно малыми затратами приего изготовлении,Впнагпо усбош робоиипбка