Устройство для управления тиристорным широтно-импульсным преобразователем

О П И С А Н И Е (щ 752 УЗВИЗОБРЕТЕНИЯ Сева Советских Социалистических Республик(45) Дата опубликования описания 30.07.80 делам изобретеиии и отарыти(71) Заявитель сесоюзный ордена Трудовсследовательский институт Красного Знамени научноезнодорожного транспорта 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления широтно-импульсным тиристорным преобразователем при питании от сети постоянного напряжения, в частности, для плав ного регулирования напряжения на тяговых двигателях электроподвижного состава на участках железных дорог постоянного тока.Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство Щ 10 для управления тиристорным широтно-импульсным преобразователем, содержащее генератор тактовых импульсов высокой частоты с двумя выходами, формирователи управляющих импульсов, регулятор дли тельности рабочих импульсов, имеющий входы Сброс и Пуск, дифференцирующие цепи, и логический блок, подключенный своими входами через согласующие элементы и регулятор длительности рабо чих импульсов к генератору тактовых импульсов, а своими выходами - ко входам формирователей управляющих импульсов, не обеспечивает предотвращения опрокидываний преобразователя в паузах между ра бочими импульсами и, кроме того, не позволяет использовать в цепях преобразователя аппараты, предназначенные для работы при частоте 50 Гц.Целью изобретения является повышение 50 надежности работы преобразователя путем устранения возможностей его опрокидывания в паузах между рабочими импульсами.Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления тиристорным широтно-импульсным преобразователем, содержащее генератор тактовых импульсов высокой частоты с двумя выходами, формирователи управляющих импульсов, регулятор длительности рабочих импульсов, имеющий входы Сброс и Пуск, дифференцирующие цепи и логический блок, подключенный своими входами через согласующие элементы и регулятор длительности рабочих импульсов к генератору тактовых импульсов, а своими выходами - ко входам формирователей управляющих импульсов, дополнительно снабжено генератором прямоугольных импульсов промышленной частоты, датчиком минимальной длительности пауз, формирователем начала пауз, формирователем конца пауз, формирователем конца серии импульсов первого полупериода промышленной частоты и формирователем конца серии импульсов второго полу- периода промышленной частоты, причем генератор прямоугольных импульсов промышленной частоты подключен к соответствующим двум входам логического блока и ко входам формирователей серий импуль3сов непосредственно, а через дифференцирующие цепи ко входам генератора тактовых импульсов, подключенного через датчик минимальной длительности паузы к входам формирователей начала и конца пауз, подключенных своими выходами соответственно к входам Сброс и Пуск регулятора длительности рабочих импульсов, а выходы формирователя конца пауз, формирователя конца серий импульсов первого полупериода и формирователя конца серий импульсов второго полупериода промышленной частоты подключены к соответствующим входам логического блока,На фиг. 1 представлена схема изобретения; на фиг. 2 - тиристорный широтно- импульсный преобразователь, применяемый на электропоездах постоянного тока, для управления которым может быть использовано данное устройство.Устройство содержит генератор 1 прямоугольных импульсов 50 Гц, одним выходом подключенный к входу дифференцирующей цепи 2, к входу формирователя 3 конца серии импульсов положительности полуволны и к входу 4 логического блока 5, а другим выходом к входу дифференцирующей цепи 6, к входу формирователя 7 конца серии импульсов отрицательной полуволны и к входу 8 логического блока 5.Выход генератора 9 тактовых импульсов подключен к входу датчика 10 минимальной длительности паузы, выход которого подключен к входу формирователя 11 начала пауз и к входу формирователя 12 конца пауз. Регулятор 13 длительности рабочих импульсов входом Пуск подключен ко второму (инверсному) выходу формирователя 12 конца пауз. К входу 14 логического блока 5 подключен первый (прямой) выход формирователя 12 конца пауз, Выход формирователя 11 начала пауз подключен к входу Сброс регулятора 13 длительности рабочих импульсов. Третий вход регулятора 13 длительности рабочих импульсов подключен к источнику сигнала, в зависимости от которого изменяется длительность этих импульсов.Выход регулятора 13 длительности рабочих импульсов подключен к входу формирователя 15 конца рабочих импульсов, выходом подключенного к входу 16 логического блока 5.Вход 4 логического блока 5 соединен с входами схем совпадения 17, 18, а вход 8 - с входами схем совпадения 19, 20, Вход 14 логического блока 5 соединен с входами схем совпадения 17, 19, Выход схемы совпадения 17 соединен со входом формирователя 21 выходных управляющих импульсов. Вход 22 логического блока 5 и выход схемы 18 совпадения через схему 23 ИЛИ подключены к входу формирователя 24 выходных управляющих импульсов. Выход схемы 19 совпадения подключен к входу фор 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 мирователя 25 выходных управляющих импульсов. Вход 26 логического блока 5 и выход схемы 20 совпадения через схему 27 ИЛИ подключены к входу формирователя 28 выходных управляющих импульсов.Тиристорный широтно-импульсный преобразователь включает в себя основной тири- стор 29, управляющий электрод которого связан с выходом формирователя 21, коммутирующий тиристор 30, соединенный своим управляющим электродом с выходами формирователей 21 и 25, вспомогательный тиристор 31, управляющим электродом связанный с выходом формирователя 24, основной тиристор 32, управляющий электрод которого связан с выходом формирователя 25, вспомогательный тиристор 33, управляющий электрод которого связан с выходом формирователя 28, шунтирующие диоды 34, 35, дроссель 36 и конденсатор 37 фильтра, коммутирующий дроссель 38 и коммутирующий конденсатор 39, дроссель-делитель 40 напряжения, реакторы 41 и 42, двигатели 43, 44 и буферные диоды 45, 46.Устройство работает следующим образом.При подаче питания на схему начинает работать генератор 1 прямоугольных импульсов с частотой 50 Гц, на выходах которого поочередно появляются импульсы отрицательного напряжения. Отрицательный потенциал с первого выхода поступает на входы схем совпадения 17, 18 логического блока 5, т, е. разрешает работу формирователя выходных управляющих импульсов 21, поступающих на тиристоры 29 и 30 преобразователя. Одновременно этот импульс подается через диффсренцирующую цепь 2 на вход генератора 9 тактовых импульсов. Для нормальной работы импульсного преобразователя необходимо, чтобы импульсы тактовой частоты укладывались симметрично в обоих полупериодах частоты 50 Гц. Выполнить это условие можно только корректировкой хода генератора 9 тактовых импульсов в начале каждого полупериода генератора 1 прямоугольных импульсов. Это условие выполняется с помощью дифференцирующих цепей 2, 6. Одновременно с передним фронтом отрицательного импульса первого выхода генератора 1 прямоугольных импульсов с выхода генератора 9 тактовых импульсов поступает положительный импульс на вход датчика 10 минимальной длительности паузы и через формирователь 11 начала паузы поступает положительный сигнал на сброс регулятора 13 длительности рабочих импульсов, что соответствует концу импульса максимальной длительности. Принудительное ограничение максимальной длительности рабочих импульсов существенно повышает устойчивость работы преобразователя.Повышение устойчивости работы преобразователя достигается путем исключенияпричин опрокидывания инвертора из-за погрешностей в работе системы управления.Этп погрсшпостп заложены, например, в прототипе в самом принципе построения схемы, где формируется длительность рабочего импульса, которая по величине превосходит длительность паузы в 10 - 20 раз.При этом погрешность в формировании интервала рабочего импульса в сторону его увеличения умеиьшаст длительность паузы и мояет приводить к полному ее заполнению, в результате чего тиристоры силовой цепи нс получают минимального необхолпмого времени восстановления и происходит прорыв - опрокидывание инвсртора, что ве,чет к срабатыванию зашиты и к выхо,чу из строя целых плеч групповых тиристоров.Эта причина исключается путем формирования длительности паузы в зависимости от погрешности рабочего импульса. При таком решении исключена возможность укорочения времени восстановления, а погрешность в формировании паузы, например, 10% составляет в изменении длительности рабочего импульса 0,5%, что не имеет практического значения для стабильности напряжения, но исключает аварийный режим.При срабатывании датчика 10 длительности паузы на выхоче регулятора 13 длительности рабочих импульсов появляется положительный потенциал, полаваемый на вхол формирователя 15 конца рабочих имилисов. На выходе последнего появляется отрицательный потенциал, который поступает на входы схем совпаления 18 и 20 логического блока 5, и так как совпадение отрицательных потенциалов будет выполнсно только на схеме совпадения 18, то этот сигнал через схему 23 ИЛИ поступает на формирователь 24 выходных управляющих импульсов. Бо время этого цикла через тири- стор 31 происходит зарял коммутирующего конленсатора 39 и тем самым он подготовлен для гашения рабочего плеча преобразователя.В этот момент начинается время паузы, продолхкптсл ность которой примерно 150 мкс. После окончания паузы опрокидывается,чатчик 1 О минимальной длительности паузы и па его выходе появляется положительный потенциал, который пройдя через формирователь 12 конца паузы выдает на выходе последнего отрицательный потенциал поступающий на вход 14 логического блока 5, совпаление отрицательных потенциалов бучет выполнено только на схеме совпаления 17, поэтому сигнал через схемтт 17 поступает на формирователь 21 выходных управляющих импульсов, т. е, пооисходит открытие тиристоров 29 и 30. Со второго (инверсного) выхода формирователя 12 конца паузы появляется положительный потенциал, который запускает ре 752735 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 6гулятор 13 длительности рабочих импульсов, он начинает формировать длительность рабочего импульса и на его выходе в это время появляется отрицательный потенциал, подготавливающий формирователь 15 конца рабочих импульсов к работе.В течение паузы на выходе датчика 10 минимальной длительности паузы появляется отрицательный потенциал и, пройдя через формирователь 11 начала паузы, выдает на его выходе положпте,чьный потенциал, который поступает на Сброс регулятора 13 длительности рабочих импульсов, что соответствует концу импульса максимальной длительности. На выходе посчеднего появляется положительный потенциал, который, проходя через формирователь 15 конца рабочих импульсов, выдает на его выходе отрицательный потенциал, поступаюгций на входы схем совпадения 18 и 20 логического блока 5, и так как совпадение отрицательных потенциалов будет выполнено только на схеме совпадения 18, то этот сигнал через схему ИЛИ 23 поступает на формирователь выходных управляющих импульсов 24, что соответствует открыти:о тиристора 31 и закрытию тиристора 29.За время отрицательной полуволны генератора 1 прямоугольных импульсов генератор 9 тактовых импульсов выдает, например, 5 импульсов, т. е. описанный процесс повторяется 5 раз.При появлении положительного потенциала на первом выходе генератора 1 прямоугольных импульсов на выходе формирователя 3 конца серии импульсов появляется отрицательный потенциал, которыи лает разрешение схеме ИЛ 1 Л 23 и с последней на формирователь выходных управляющих импульсов 24. что соответствует открытшо тиристора 31. Этот шестой пос,чедний импульс предусмотрен д.чя предотвращения прорывов в начале нового цикла имптльсов, т. е. когда будут работать тпристоры 30, 32 и 35. В начале положительной полуволны генератора 1 прямоугольных импульсов должны открываться тиристоры 32, 30 преобразователя, но перел этим должен быть закрыт тпристор 29. Из вышесказанного следует, что перед началом работы другого плеча преобразователя необходимо поливать шестоп дублирующий импульс для открытия тиристоров 31 (331 преобразователя, чтобы запереть рабочие тиристопы 29 32), В противном случае двигатели 43, 44 окажутся под полным напряжением питающей сети и регулирование скорости не может осуществиться, так как все тиристоры 29. 32 преобпазователя блт откпыты, коммутирующий конденсатор 39 не б дет заряжаться, и тогда прилется отключать всю схему лля восстановления заряда конденсатора 39.Во втором полупериоде работы генератора 1 прямоуго,чьных импульсов 50 Гц отри;цательный потенциал поступает на схемы совпадения.19 п 20 логического блока 5, тем самым разрешая работу формирователей 25 и 28 выходных управляющих импульсов и, следовательно, осуществляя включение тиристоров 32, 30 в началах рабочих импульсов и тиристора 33 в концах, Устройство формирует серию импульсов, идентичную первой, В конце серии импульсов этого полупериода срабатывает формирователь 10 7 конца серии импульсов и через формирователь 28 осуществляет включение вспомогательного тиристора 33, выключающего основной тиристор 32, после чего повторяется первая серия импульсов. 15В результате чередования серий импульсов дроссель-делитель 40 работает в режиме 50 Гц, что позволяет в высокочастотных импульсных схемах использовать низкочастотные аппараты. 20Экономический эффект от использования данного изобретения состоит в уменьшении эксплуатационных расходов за счет уменьшения количества аварий и снижения потерь электроэнергии в дросселях преоора зователя,Формула изобретенияУстройство для управления тиристорным 30 широтно-импульсным преобразователем, содержащее генератор тактовых импульсов высокой частоты с двумя выходами, формирователи управляющих импульсов, регулятор длительности рабочих импульсов, 35 имеющий входы Сброс и Пуск, дифференцирующие цепи и логический блок, подключенный своими входами через согласующие элементы и регулятор длительности рабочих импульсов к генератору тактовых импульсов, а своими выходами - ко входам формирователей управляющих импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы преобразователя путем устранения возможностей его опрокидывания в паузах между рабочими импульсами, оно дополнительно снабжено генератором прямоугольных импульсов промышленной частоты, датчиком минимальной длительности пауз, формирователем начала пауз, формирователем конца пауз, формирователем конца серий импульсов первого полупериода промышленной частоты и формирователем конца серий импульсов второго полупер иода промышленной частоты, причем генератор прямоугольных импульсов промышленной частоты подключен к соответствующим двум входам логического блока и ко входам формирователей серий импульсов непосредственно, а через дифференцирующие цепи ко входам генератора тактовых импульсов, подключенного через датчик минимальной длительности паузы к входам формирователей начала и конца пауз, подключенных своими выходами соответственно ко входам Сброс и Пуск регулятора длительности рабочих импульсов, а выходы формирователя конца пауз, формирователя конца серий импульсов первого полу- периода и формирователя конца серий импульсов второго полупериода промышленной частоты подключен к соответствующим входам логического блока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР303702, кл, Н 02 Р 13/18, 1968,пография, пр. Сапунова,аказ 1461/15 Изд.389 НПО Поиск Государственного коцит 113035, Москва, Ж.Тираж 798 ПодписноеСССР по делам изобретений и открытий Раушская наб., д. 4/5