Способ управления мощностью управляемого вентильного преобразователя

СОЮЗ СОВЕТСКИХСООИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 119) 111) О О . ж 1 Н 0 12 э%ее %ОТЮф" ИСАНИЕ АВТОРСКОМУ С По ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторскийи технологический институт электровозостроения и Омский институт инженеров железнодорожного транспорта(56) Тихменев БН Трахтман Л,М,движной состав электрифицированныхжелезных дорог, Теория работы электрооборудования, Электрические схемыи аппараты: Учебник для вузов ж,-д,.трансп. 4-е изд перераб, и доп,-Ме. Транспорт, 1980, с, 472,Гриньков Б,Н, Тиристорное регулирование на электроподвижном составе переменного тока за рубежом,Железные дороги мира. 1979, М 3,с,:5 30,Маевский О;А, Энергетические показатели вентильных преобразователей-,М,: Энергия, 1978, с, 320,Капустин Л.Д Копанев А.С Лоэановский А,Л, Особенности устройст.=ва и эксплуатации электровоза ВЛ 80 Р;М,: Транспорт, 1979, с, 175,(541 СПОСОБ УПРАВПГНИЯ МОЩНОСТЫО УПРАВ, ЧЕМОГО ВЕНТ 101 ЫОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ(57) Изобре.ение относится к силовойпреобразовательной технике электроподвижного состава, Целью изобретения является ,лучщение входного коэфФициента мощносги управляемого вентильного преобразователя, Устр-восодержит силовой тр-р с одной первичной обмоткой 1, вторичная обмоткакоторого и .ет секции 2"4, многозонный выпрямительььй мост на тиристорах 5-.2. Узел искусственной коммутации выполнен на коммутирующем конденсаторе 14 н коммутирующих тиристорах 15-8,. Полярность тока в первичной обмотке 1 силового тр-ра изменяется к моменту смены полярноСтипитающего напряжения путем подключения коммутирующего конденсатора 14к половине вторичной обмотки силового трансформатора. 3 ил.5 10 15 20 Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначенопреимущественно для электроподвижного состава переменного тока,Цель изобретения - улучшение входного коэффициента мощности управляе-,мого вентильного преобразователя,На фиг,1 показан пример силовойсхемы тиристорного.преобразователя;на фиг,2 - система управления преобразователем; на Фиг,З - диаграммыосновных электромагнитных процессов,поясняющие работу преобразователя попредлагаемому способу, Индексы приФункциях указывают, какому элементусхемы фиг,1 они соответствуют,Мощность, поступающая от источника питания на нагрузку через управ-.ляемый вентильный преобразователь,регулируется путем изменения фазы от пирания соответствующих тиристоровпреобразователя в зависимости от требуемого уровня мощности на нагрузке,.При этом мощность от источника питания к нагрузке идет двумя потоками,огерации над которыми отличаются впериоды коммутации тока, потребляемого из источника, Направление тока,образующего первый поток, изменяетсяв момент изменения полярности питающего напряжения (т,е, с опережениемпо отношению к моменту естественнойкоммутации). Коммутация тока, образующего второй поток мощности, начинается с задержкой по отношению кмоменту смены полярности питающегонапряжения, Это объясняется тем, чтодля отпирания очередных вентилей необходимо, чтобы напряжение, прикладываемое к ним, достигло определенной величины, Кроме того, собственнокоммутация (продолжительность которойопределяется индуктивностью контуракоммутации, т,е, индуктивностью силового трансформатора и т,п,) еще больше сдвигает входной ток этого потокав сторону отставания от подводимогонапряжения, Таким образом, этот ток,коммутируемый естественным образом,отстает по фазе от тока первого потока,Предлагаемый способ предполагаетнесколько вариантов выделения потоков мощности, поступающих от источника питания через преобразовательнанагрузку; первый - это питание отодного источника нескольких нагрузок)Г 30 35 40 45 50 55 общей нагрузки от секционированногоисточника (например, трансформаторас секционированной первичной или вторичной обмоткой). Отсюда вытекаетмноговариантность схемных решений попредлагаемому способу, При секциониро=ванной обмотке трансформатора этисекции могут быть связаны электрически, магнитно или тем и другим. способом, Одна из возможных схем приведена на фиг.1 Она содержит силовойтрансформагор с одной первичной обмоткой 1, вторичная обмотка которогоимеет секции 2-4, многозонный выгря."мительный мост на тиристорах 5.-12,тяговую электрическую нагрузку 13,коммутирующую емкость 14 и четырекоммутирующих тиристора 15- 18, Эле=менты 14-18 образуют узел искусствен"ной коммутации (УИК) Система управления преобразователем содержит (фиг,2) задатчик 19 зо=ны регулирования, коммутатор 20, за.датчик 21 угла регулирования, объект22 регулирования, которым являетсятиристорный преобразователь (ТП),датчик 23 полярности питающего напряжения, датчик 24 напряжения навторичной стороне трансформатора,.эле.мент 25 сравнения, задатчик 26 напря"жения отпирания тиристоров, датчик27 тока емкости датчик 8 зремениперезаряда емкости, арифметическийблок 29, элемент 30 сравнения, датчик 31 тока нагрузки, элемент 32сравнения, датчик 33 тока тиристоровУИК, блок 34 логики, датчик 35 напря"женя на емкости, задатчик Зб напряжения на емкости, элемент 37 Сравнения,Система управления работает следующим образом,Уровень мощности, подводимый отисточника питания, которым являетсясиловой трансформатор, определяетсязадатчиками 19, 21, которые задаютколичество питающих тяговую нагрузкуобмоток трансформатора и моменты ихвключения соответственно, Подключениенагрузки осуществляет по командамкоммутатора 20 непосредственно исполнительный орган, которым являетсяТП (фиг,1), Коммутатор 20 по сигналамзадатчика 19 и датчика 23 устанавливает плечи преобразователя, участвую=щие в работе в каждый конкретный пе=риод времени, Датчик 23 определяет13598полярность текущего полупериода на основании сигнала датчика 24, измеряющего мгновенное значение напряжения на вторичной стороне трансформатора, При этом подача управляющего импульса на тиристор возможна лишь после того, как величина прямого напряжения, приложенного к нему, достигнет требуемой величины, Выполнение указанного принципа осуществляется 10 задатчиком 26 напряжения отпирания тиристоров и элементом 25 сравнения, сопоставляющим эту величину с показаниями датчика 24, Элементы 28-37 обеспечивают работу узла искусствен ной коммутации.Рассмотрим реализацию поедлагаемого способа управления применительно к четвертой зоне регулирования выпрямленного напряжения для режима 20 тяги, Полярность заряда емкости 14 показана на фиг,1, В момент времени(фигЗ) открыты тиристоры 7, 12, Ток нагрузкипроходит по цепи; секции 3, 4 - тиристор 12 - нагрузка 13 - тиристор 7 Подключение к нагрузке следующей секции трансформатора происходит по команде эадатчика 21, подающего в момент ";, импульс, который через коммутатор 20 поступает на тиристор 5, Начинается коммутация вентилей 5 и 7, приводящая к выключениюплеча 7, В результате нагрузка подключается по всей вторичной обмотке силового трансформатора, 35 ток нагрузкипроходит по цепи: плечо 5 - секции 2, 3, 4 - плечо 12- нагрузка 13.Начало искусственной коммутации р в текущем полупериодг выбирается с учетом продолжительности этого процесса в предшествовавшем полупериоде, Для этого на основании сигнала датчика 27 тока емкости датчик 28 определяет время перезаряда емкости 1, после чего эта величина поступаетна арифметический блок 29, делящий ее пополам, Именно блок 29 определяет момент начала изменения направления тока в источнике питания, т,е, его реверсирование, посредством подачи импульса на соответствующий вход коммутатора 20. с выхода которого сигнал управления подается на тиристор 16, Начинается процесс колебательно го перезаряда емкости 14 по цепи: обмотка 4 - конденсатор 14 - тиристоры 16, 2 в ходе которого возрас 71 4тает ток конденсатора 14, а следовательно, и сигнал с датчика 27.Элемент 30 сравнения сопоставляет этот сигнал с величиной сигнала датчика 31 (он измеряет мгновенное значение тока нагрузки), В момент, когдаи станет равным . , плечо 12 закрывается, а на выходе элемента 30 сравнения образуется сигнал, который через коммутатор 20 отпирает тиристор 18 (момент 1, на фиг,З), Ток 3., продолжает увеличиваться, так как для дальнейшего перезаряда емкости имеется цепь: обмотка 4 - конденсатор 14- тиристоры 16, 18, Очевидна, что токпротекающий по обмотке 4 в инитервале т,4-1 имеет противоположное направление по отношению к току,иду щему по обмоткам 2 и 3. В момент 1 ток тиристора 18 достигает величины нагрузки, т.е. 1, = . , Это означа 1 Ьет, что равные токи текут по равным обмоткам в противоположных направлениях, Таким ооразсм, ток в первичной обмотке становится равным нулюМомент окончания реверсирования тока в половине вторичной обмотки трансформатораопределяется элементом 32 сравнения, сравнивающим сигналы датчиков 31 и 33 (последний измеряет ток в той цепи тиристоров УИК, которая шунтирует силовые плечи ТП, - поз. 17, 18 на фиг.1). Сиг нал, образующийся на выходе элемента 32 в момент равенства величинизмеряемых датчиками 31 и 33 (т,е,,), поступает на логический блок 34, который пропускает указанный сигнал на соответствующий вход коммутатора в том случае, если полярность напряжения на емкости измени лась по отношению к моменту начала перезаряда конденсаторЫ УИК. Для контроля этого параметра на второй вход блока 34 поступает сигнал с датчика 35 напряжения на емкости, Сигнал с блока 34 поступает на ком мутатор 20, который формирует импульс управления плечу 11 в момент 1 От пирание тиристора 11 запирает 18, что означает завершение процесса ре вгрсирования тока Действительно, теперь ток нагрузки одновременно идет по двум цепям: первая - нагруз ка 13, тиристор 5, обмотки 2, З,кон денсатор 14, тиристор 15; вторая -, нагрузка 13, тиристор 11, обмотка 4, конденсатор 14, тиристор 16.Окончание процесса перезарядкиемкости определяется элементом 37сравнения, сопоставляющим сигналы сдатчика 35 й задатчика 36 величинынапряжения на емкости, По достижениинапряжением конденсатора заданнойвеличины на выходе элемента 37 Формируется сигнал, поступающий на коммутатор и далее на тиристорное плечо10, отпирание которого приводит к 10запиранию 16, т,е, прекращается дальнейший заряд емкости (момент С, нафиг.3).Датчик 28 времени, измерившийпродолжительность периода коммутации 15по времени протекания тока емкосКти (который регистрируется датчиком27), обеспечивает однозначное определение момента л начала следующегоцикла принудительной коммутации токов. Действительно, р = С/2,Следует подчеркнуть, что коммутация тиристоров 11 и 18 в момент Собеспечивает плавное безударное за 25вершение процесса реверсирования токав обмотке 4, Кроме того, начиная смомента С , происходит коммутациятиристоров 5 и 11, заканчивающаясявыключением 5 в момент С, Это позволяет коммутатору 20 по сигналам элементов 19, 23-26 открыть тиристор 8С момента С ток нагрузки идет поцепи: тиристор 11 - обмотки 4, 3 тиристор 8 - нагрузка 13,. оДалее процессы в преобразователе 35повторяются аналогичным образом, Этозначит, что в момент С 9 открываетсятиристор 6, закрывается - 8, нагрузку питает вся вторичная обмотка силового трансформатора, В момент Соначинается реверсирование тока всекции 4Для этого открывается тиристор 15, а в момент С- 17, Вмомент С ток тиристора 17 достигает величины тока нагрузки, т,е,равные токи текут по равным обмоткамв противоположных направлениях, затем,в момент С(после смены полярностинапряжения на конденсаторе) открывается тиристор 12. В момент С , когда50напряжение на емкости достигает заданного уровня, открывается тиристор9, закрывается - 15, заряд конденсатора прекращается, К моменту С, завершается гашение тока в секциях 2 и 3,что позволяет открыть тиристор 7,Ток нагрузки идет по цепи: тиристор7 секпии 3 и 4-тиристор 1 2-нагрузка 13 . Подобным образом происходит работа преобразователя на третьей зонерегулирования, когда используютсяобмотки 3, 4 трансформатора, На первой и второй зонах, когда нагрузкапитается соответственно от секции 3и 2, 3, с помощью емкости 14 выключаются плечи 7, 8 или 5, 6.Положительный эффект от применения предлагаемого способа управленияопределяется прежде всего повышениемзначений входного коэффициента мощности преобразователя Х, который равен произведению коэффициента искажения формы тока , в питающей сети,на коэффициент сдвига соя у первыхгармоник напряжения и тока, потребляемого преобразователем, т.е, Х == 1; соя р , Применение этого способапозволяет сохранить достаточно высокие значения , присущие естественной коммутации, вместе с тем серьезно повысив значения соя у . В результате применительно к серийно выпускаемым преобразователям для электроподвижного состава увеличение коэ 4 гФюциента мощности составит в режиме.тяги .не менее 8-127, при рекуперации - 10-157,Формула изобретения Способ управления мощностью управляемого вентильного преобразователя, заключающийся в том, что изме ряют подводимое к преобразователю напряжение, Фиксируют моменты смены его полярности, после чего с помощью вентилей преобразователя начинают коммутацию входного тока, завершающуюся с отставанием по отношению к указанному моменту, измеряют выпрямленные напряжение и ток, сравнивают последние с заданными и по рассогласованию формируют сигналы управления выходным потоком мощности, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения входного коэффициента мощности управляемого вентильного преобразователя, формируют дополнительный поток мощности, поступающий от источника питания через указанный преобразователь на нагрузку, измеря" ют мгновенное значение тока этого потока и в момент смены полярности подводимого напряжения на входе преобразователя изменяют направление тока на противоположное,Тираж 659 Государственного к лам изобретений и осква, Ж, Раушс митета СССРткрытийая наб д, 4/5