Устройство для управления тиристорным инвертором

(и)767933 ОП ИСАНИ ЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51) М. Кл з Н 02 Р 3/16 Гооударстввииый комитет Опубликовано 30.09.80. Бюллетень 36Дата опубликования описания 0.10.80по делам изобретеиий и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЬ 1 М ИНВЕРТОРОМИзобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для управления работой выпрямитель но-инверторного преобразователя в инверторном режиме, преимущественно на электроподвижном составе переменного тока с рекуперативным тор- можением (инвертированием).Известно устройство для управления тиристорным инвертором 1, содержащее формирователь управляющих импульсов, орган измерения угла коммутации, полупроводниковый генератор пилообразного напряжения, блбк управления им, снабженный датчиком напряжения питающей сети и транзисторным усилителем, источник опорного напряжения смещения и источник ди намического напряжения смещения,"соеди- " ненный так, что последний снабжен полупроводниковым элементом, цепь управления которого подключена к выходу органа измерения угла коммутации, и подключенный параллельно полупроводниковому эле менту цепочкой из диода и конденсатора, шунтированного регулируемым сопротивлением, расположенным во входной цепи формирователя управляющих импульсов, а транзисторный усилитель блока управления полупроводниковым генератором пилообразного напряжения снабжен сопротивлением смещения, подключенным между коллектором и базой транзистора, к которой подключен выход датчика напряжения питающей сети.Это устройство реализует закон регулирования по постоянству угла запаса (угла погасания) тиристоров инвертора.Такое регулирование обуславливает наличие в регулируемой системе положительной обратной связи по току инвертора, сводящейся к тому, что с увеличением угла коммутации, обусловленном, например, ростом тока нагрузки, увеличивается угол зажиганиятиристоров и" уменьшается напря- жение инвертора, а это вызывает дальнейшее нарастание тока инвертора. Наоборот, уменьшение угла коммутации, т, е. уменьшение тока нагрузки, приводит к уменьшению угла зажиганий тиристоров и; "следова"-"тельно, к увеличению напряжения инвертора, что вызывает еще большее уменьшение тока. Наличие положительной обратной связи по току инвертора ухудшает качество работы и динамические свойства всей управляемой системы, а также требует применения специальных мер по обеспечению устойчивости инвертора, т. е. мер, предотвращающих опрокидывание инвертора. Для соблюдения условий устойчивости в цепь нагрузки инвертора обычно включают добавочное активное сопротивление, что приводит к снижению энергетических показателей инвертора. Перечисленные недостатки проявляются с наибольшей остротой в момент начала инвертирования, когда динамические (переходные) процессы в регулируемой системе сопровождаются большими скоростями изменения (нарастания) тока инвертора, что еще больше усложняет и без того жесткие условия входа в режим рекуперативного торможения на электроподвижном составе.Наиболее близким по техни .еской сущ. 13ности к изобретению является устройство для управления тиристорным инвертором 2.В этом устройстве к тиристорному инвертору подключен измеритель угла коммутации, который содержит трансформатор, маломощный тиристор, резистор и транзистор ю ный усилитель, соединенные так, что обмотка трансформатора с маломощным тиристороми шунтирующим резистором подключена квходу транзисторного усилителя, а такжек входу одновибратора. Выходы измерителя угла коммутации и одновибратора подсоединены к соответствующим входам элемента совпадения (элемента сравнения), выходкоторого через интегрирующий усилитель подсоединен к узлу управления инвертором.Основной недостаток этого устройствазаключается в том, что он также обуславливает наличие положительной обратной связи по току инвертора, вследствие чеговмомент начала инвертированиявозрастаетвероятность опрокидывания инвертора. Опро- з кидывание инвертора в случае отказа защиты является тяжелым аварийным режимом, приводящим к сквозному пробою тиристорных плеч инвертора.Цель изобретения - повышение устойчивости инвертора, предотвращающей егоопрокидывание, и уменьшение скорости нарастания инвертируемого тока в момент входа в режим рекуперативного торможения путем исключения положительной обратнойсвязи по току инвертора и регулирования угла зажигания тиристора инвертора по определенной программе, а также повышение плавности торможения и безопасности движения поездов.Поставленная цель достигается тем, чтов устройство, содержащее элемент совпадения, к одному из,входов которого подключен измеритель угла коммутации, интегрирующий усилитель и узел управления инвертором, состоящий из фазосдвигающего элемента, выход которого через распределитель импульсов соединен с блоком выходных усилителей, введены генератор прямоугольных импульсов, диод, три резистора, суммирующий элемент, элемент НЕ, три дополнительных элемента совпадения, триггер с раздельным запуском, дифференцирующая и интегрирующая КС-цепи так, что выход генератора прямоугольных импульсов подсоединен к одному из входов основного элемента совпадения, между выходом которого и входом интегрирующего усилителя включены параллельно соединенные первый резистор и диод, а между выходом интегрирующего усилителя и входом фазосдвигающего элемента включены последовательно соединенные второй резистор и суммирующий элемент. Выход фазосдвигающего элемента соединен с входом одновибратора и с однимиз входов первого дополнительного элементасовпадения, ко второму входу которого через элемент логического отрицания НЕ подсоединен выход одновибратора, выход первого дополнительного элемента совпадения подсоединен к одному из входов второго дополнительного элемента совпадения, а выход одновибратора - к одному из входов третьего дополнительного элемента совпадения. Второй и третий дополнительные элементы совпадения вторыми входами подсоединены через дифференцирующую КС-цепь к выходу измерителя угла коммутации, а выходы двух последних элементов совпаденияк соответствующим входам триггера с раздельным запуском, выход которого через интегрирующую КС-цепь и третий резистор подсоединен ко второму входу суммирующего элемента.На фйг, 1 изображена блок-схема описываемого устройства; на фиг. 2, 3 и 4 приведены временные диаграммы напряжений на выходах элементов устройства.Устройство для управления тиристорным инвертором (фиг. 1) содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, выход которого подсоединен к одному из входов основного элемента 2 совпадения. Ко второму входу основного элемента 2 совпадения подключен выход измерителя 3 угла коммутации, Выход элемента 2 совпадения через параллельно соединенные первый резистор 4 и . диод 5 подсоединен к входу интегрирующего усилителя 6, выход которого через второй резистор 7 подключен к одному из входов суммирующего элемента 8. Выход суммирующего элемента 8 подсоединен к входу фазосдвигающего элемента 9, выход которого через распределитель 10 импульсов фазосдвигающего элемента и блок 11 выходных усилителей подсоединен к управляющим электродам силовых тиристоров соответствующих ступеней и плеч инвертора 12. Выход фазосдвигающего элемента 9 подсоединен также к входу одновибратора 13 и к одному из входов первого дополнительного элемента 14 совпадения. Выход одновибратора 13 подключен к одному из входов третьего дополнительного элемента 15 совпадения и через элемент НЕ 16 ковторому входу элемента 14 совпадения. Выход элемента 14 совпадения подсоединен кодному из входов второго дополнительного элемента 17 совпадения. Ко вторым входам элементов 15 и 17 совпадения через дифференцирующую КС-цепь 18 подсоединен выход измерителя 3 угла коммутации. Выхо, элементов 15 и 17 совпадения подсоединены к соответствующим входам триггера 19 с раздельным запуском, выход которого че рез интегрирующую КС-цепь 20 и через третий резистор 21 подключен ко второму входу суммирующего элемента 8.Инвертор 12 подсоединен к тяговому двигателю 22 и силовому трансформатору 23.Все элементы предлагаемого устройства для управления тиристорным инвертором могут быть реализованы на интегральных микросхемах. Резистор 7, резистор 21 и суммирующий элемент 8 конструктивно могут входить в состав фазосдвигающего элемента 9.Работа устройства поясняется приведенными на фиг. 2, 3 и 4 временными диаграммами. На фиг, 2,приведены времечные диа. граммы напряжений на выходах соответствующих элементов устройства, когда длительность импульсов 1.1 у с выхода измерителя 3 угла коммутации меньше длительности импульсов 3 ос выхода одновибратора 13, а временное совпадение импульсов 1.1 о. с выхода генератора 1 прямоугольных импульсов и импульсов Бу с выхода измерителя 3 угла коммутации отсутствует. На фиг, 3 приведены временные диаграммы напряжений на выходах соответствующих эле ментов устройства, когда длительность импульсов 1.1 с выхода измерителя 3 угла коммутации больше длительности импульсов (Уо с выхода одновибратора 13, а временное совпадение импульсов М с выхода генератора 1 прямоугольных импульсов и импульсов 11 с выхода измерителя 3 угла коммутации по-прежнему отсутствует. На фиг. 4 приведены временные диаграммы напряжений на выходах соответствующих элементов устройства, когда имеет место временное совпадение импульсов 1.15 с выхода генератора прямоугольных импульсов и .импульсов 1.1. с выхода измерителя, угла коммутации.Устройство работает следующим образом, Генератор 1 прямоугольных импульсов, синхронизированный напряжением питающей (контактной) сети, формирует в конце каждого полупериода, питающего преобразователь напряжения, прямоугольные опорные импульсы. Щ, длительность которых равна заданной величине угла запаса о, тиристоров инвертора (см. фиг, 2, 3, 4).Импульсы 118 с выхода генератора прямоугольных импульсов поступают на один из входов элемента 2 совпадения, на выходе которого импульсы 1.1будут отсутствовать до тех пор, пока длительность импульсов 1.1; подаваемых с выхода измерителя 3 угла коммутации на второй вход элемента 2 совпадения," будет такой, что величина фактического угла запаса о ф тиристоров инвертора будет больше заданного угла запаса 5 бз, т. е. пока 3 р )8 При этом на входинтегрирующего усилителя 6 с выхода элемента 2 совпадения импульсы, 112 не поступают, поэтому будет отсутствовать напргжение, подаваемое с выхода интегрирующего усилителя 6 на входсуммирующего элемента 8.Фазосдвигающий элемент 9, синхронизированный напряжением питающей (контактной) сети, формирует импульсы 08 прямоугольной формы, фаза передних фронт тов которых соответствует величине углазажигания ф тиристоров инвертора. Импульсы с выхода фазосдвигающего элемента 9 через распределитель 10 этих импульсов по полупериодам питающего напряжения и через блок 11 усилителей поступают на управляющие электроды тиристоров соответствующих ступеней и плеч инвертора 12, регулируя фазу открытия тиристоров, Импульсы с выхода фазосдвигающего элемента 9 поступают такжена вход одновиб ратора 13 и на один из входов элемента 14совпадения. Одновибратор 13 формирует прямоугольные импульсы 30 постоянной длительности то, поступающие на один из входов элемента 15 совпадения, а также поступающие через элемент НЕ 16 на второй вход элемента 14 совпадения. Если поступающие на входы элемента 14 совпадения импульсы 13 у с выхода фазосдвигающего элемента 9 и инвертированные импульсы 1-1 ос выхода элемента 16 логического отрицания совпадают во времени, на выходе элемента 14 совпадения формируются импульсы 3 в, которые подаются на один из входов элемента 17 совпадения. На вторые входы элементов,15 и 17 совпадения подаются импульсы Б с выхода дифференциру ющей КС-цепи 18, соответствующие заднему фронту импульсов Бх с выхода измерителя угла коммутации 3 Выходные импульсы дифференцирующей КС-цепи 18, соответствующие переднему фронту импульсов 1.1 с выхода измерителя 3 угла коммутации, через элементы 15 и 17 совпадения не проходят, так как они ограничиваются диодными ограничителями, конструктивно входящими в состав этих ф элементов совпадения. Импульсы 1.) и 11с выхода дифференцирующей КС-цепи 8 и с выхода одновибратора 13 соответственно будут совпадать во времени на входе элемента 15 совпадения до тех пор, пока инвертируемый ток инвертора 12, увеличиваясь, будет иметь такое значение, при котором зависящая от его величинь дли-.тельность импульсов Ус выхода измерителя 3 угла коммутации будет меньше длитель767933 51 О1 7ности импульсов 13,с выхода одновибратора 13 (фиг. 2). Следует-иметь ввиду, что вэтом случае на входе элемента 17 совпадения будет отсутствовать временное совпаде/ние импульсов 13 и 13 с выхода дифференцируюшей КС-цепи 18 и с выхода элемента 14 совпадения соответственно. Поэтому на выходе элемента 17 совпаденияимпульсы У,т в этом случае не формируют ся и не подаются на один из входов триггера 19 с раздельным запуском,При одновременном присутствии импульсов 13 и 13 она входах элемента 15 совпадения на его выходе образуется импульс13 ы, поступающий на один из входов триггера 19 с раздельным запуском. При этомтриггер 19 с раздельным запуском находится в одном из двух устойчивых состояний,при котором его выходное напряжение 13 т-"-"равно нулю; следовательно, равно нулю инапряжение Уо (фиг. 2) на емкости интегрирующей КС-цепи 20 (фиг. 1). В этомслучае будет отсутствовать напряжение, подаваемое с выхода интегрирующей КС-цепи20 на один из входов суммирующего элемента 8. Дальнейшее увеличение тока ин/вертора будет совпровождаться увеличениемугла коммутации,Когда длительность импульсов 131. с выхода измерителя 3 угла коммутации станетбольше длительности импульсов 13 ос выхода одновибратора 13 (см. фиг. 3), прекращают формироваться импульсы Б, на выходе элемента 15 совпадения, так как вэтом случае не будут совпадать во времени Зфимпульсы У и Бо, поступающие на еговходы с выхода дифференцируюшей КС-цепи 18 и с выхода одновибратора 13 соответственно, Одновременно с этим начинают формироваться импульсы Б,т на выходе элемента 17 совпадения, так как в этбм случаебудут совпадать во времени импульсы У и13 р-, поступающие на его входы с выходадифференцирующей КС-цепи 18 и с выходаэлемента 14 "совпадения соответственно. Поддействием импульсов Б и, поступающих с 40выхода элемента 17 совпадения на одиниз входов триггера 19 с раздельным запуском, триггер 19 опрокидывается в такое устойчивое состояние, при котором на еговыходе формируется сигнал 13 тр, которыйподается на вход интегрирующей РС-цепи 20. На емкости интегрирующей КС-цепи20 в этом случае формируется линейно нарастающее с заданной интенсчвностью напряжение Б (см. фиг. 3), которое черезрезистор 21 подается на один из входов юесуммирующего элемента 8, а следовательно,и на вход фазосдвигающего элемента 9.Под действием напряжения 13 Ой" всоответствии с интенсивностью его измененияначинает изменяться величина угла зажи- дгания Р тиристоров инвертора, что сопровождается уменьшением фактического углазапаса Ьртиристоров инвертора (см, фиг. 3). 8Фактический угол запаса В будет уменьшаться до тех пор; пока он не станет равным заданному углу запаса 5 (см. фиг. 4), формируемому генератором 1 прямоугольных импульсов, который выполняет функции задатчика угла запаса тиристоров инвертора 12. При 6 6 (фиг. 4) на входах элемента 2 совпадения будут совпадать во времени импульсы 13 с выхода генератора 1 прямоугольных импульсов и импульсы 13 с выхода измерителя 3 угла коммутации, а на выходе элемента 2 совпадения будут формироваться импульсы Б. Импульсы 13 с выхода элемента 2 совпадения через параллельно соединенные резистор 4 и диод 5 подаются на вход интегрирующего усилителя 6, преобразующего эти импульсы в напряжение 13 е. Напряжение 13 снимаемое с выхода интегрирующего усилителя 6, через резистор 7 подается на один из входов суммирующего элемента 8, где оно вычитается из напряжения 13 О, которое снимается с емкости интегрирующей КС-цепи 20 и подается через резистор 21 на второй вход суммирующего элемента 8. При этом на выходе суммирующего элемента 8 получают разностное напряжение 93, которое поступает на вход фазосдвигаюшего элемента 9. Так как постоянная времени интегрирующего усилителя 6 на один-два порядка меньше постоянной времени интегрирующей КС-цепи 20, то под воздействием разностного напряжения фазосдвигающий элемент 9 начинает изменять величину угла зажигания тиристоров инвертора 12 так, что дальнейшее уменьшение фактического угла запаса тиристоров инвертора прекращается и инвертор 2 начинает работать с постоянным углом запаса, равным заданному значению угла запаса оз, формируембму генератором прямоугольных импульсов 1. При прекращении режима торможения в- момент времени, когда инвертируемый инвертором 12 ток уменьшается до значения, при котором длительность импульса 13 с выхода измерителя 3 угла коммутации вновь станет меньше длительности импульса 13 с выхода одновибратора 13, импульс 13 т на выходе элемента 17 совпадения исчезает и появляется импульс Г, на выходе элемента 15 совпадения. Импульсом 13,в триггер 19 с раздельным запуском переводится в такое устойчивое состояние, при котором его выходное напряжение 13 равно нулю. При этом напряжение 13 на емкости интегрирующей ЙС-цепи 20 начинает уменьшаться до нуля, на входах элемента 2 совпадения перестают совпадать во времени импульсы 138 с выхода генератора 1 прямоугольных импульсов и импульсы 13 с выхода измерителя 3 угла коммутации, а устройство возвращается в исходное состояние.767933 Формула изобретения 9Новый вход в режим инвертирования происходит аналогично описанному.В режиме инвертирования тяговый двигатель 22 работает в режиме генератора постоянного тока с независимым возбуждением и вырабатываемая им электрическая энергия постоянного тока, преобразуемая ф инвертором 12 в энергию переменного тока, через силовой трансформатор 23 поступаетв питающую (контактную) сеть. При этом электровоз из потребителя электрической энергии превращается в ее источник.Эффективность- устройства заключается в следующем:повышается устойчивость инвертора, т. е. предотвращается возможность его опроки-дывания в момент начала входа в режим рекуперативного торможения (инвертирования) за счет того, что вход в режим инвертирования осуществляется не с постоянным углом запаса, а с постоянным углом зажигания тиристоров инвертора, что исключает в регулируемой системе положительную обратную связь по току инвертора 2 ф и обуславливает отрицательную обратную связь, благодаря чему существенно снижается скорость нарастания инвертируемого (тормозного) тока; сжатие состава (поезда) при торможении осуществляется с постоянным усилием за счет того, что после нарастания тока инвертора до определенной величины угол зажигания тиристоров начинает увеличиваться до тех пор, пока фактический угол запаса не станет равным заданному значению этого угла и дальнейшая работа инвертора происходит при неизменном угле запаса, обеспечивая тем самым высокие энергетические показатели электровоза, а начиная с момента увеличения угла зажигания тиристоров 3 инвертора скорость нарастания инвертируемого токаеще больше снижается и при определенных условиях изменения угла зажигания тиристоров инвертируемый (тормозной) ток может стабилизироваться на определенном уровне;сокращается время, необходимое для достижения заданного значения тормозного усилия за счет того, что после сжатия состава начиная с момента, когда инвертор переходит к работе при неизменном угле зала са, скорость нарастания инвертируемого (тормозного) тока увеличивается до определенного значения.Перечисленные достоинства данного устройства способствуют повышению безопасности движения поездов.50 Устройство для управления тиристорныминвертором, содержащее элемент совпаде- Лния, к одному из входов которого подключен 1 Оизмеритель угла коммутации, интегрирующий усилитель и узел управления инвертором, состоящий из фазосдвигающего элемента, выход которого через распределитель импульсов соединен с блоком выходныхусилителей, отличающееся тем, что, с цельюповышения устойчивости инвертора, предотвращающей его опрокидывание, и уменьшения скорости нарастания инвертируемого "тока в момент входа в режим рекуперативного торможения путем исключения положи тельной обратной связи по току инвертораи регулирования угла зажигания тиристоров инвертора по определенной программе,а также повышения плавности торможенияи безопасности движения поездов, устройство снабжено генератором прямоугольныхимпульсов, диодом, тремя резисторами, суммирующим элементом, элементом НЕ, тремядополнительными элементами совпадения,триггером с раздельным запуском, дифференцирующей и интегрирующей КС-цепями, так, что выход генератора прямоугольных импульсов подсоединен к одному извходов основного элемента совпадения, меж.ду выходом которого и входом интегрирующего усилителя включены параллельно соединенные резистор и диод, а между выходоминтегрирующего усилителя и входом фазосдвигающего элемента включены последовательно соединенные резистор и суммирующий элемент, выход фазосдвигающего элемента соединен с входом одновибратора и содним из входов первого дополнительногоэлемента совпадения, ко второму входу которого через элемент логического отрицания НЕ подсоединен выход одновибратора,выход первого дополнительного элементасовпадения подсоединен к одному из входов второго дополнительного элемента совпадения, а выход одновибратора подсоединен к одному из входов третьего дополнительного элемента совпадения, второй и третий дополнительные элементы совпадениявторыми входами подсоединены через дифференцирующую КС-цепь к выходу измерителя угла коммутации, а выходы двух последних элементов совпадения подсоединенык соответствующим входам триггера с раздельным запуском, выход которого черезинтегрирующую КС-цепь и резистор подсоединен ко второму входу суммирующегоэлемента,Источники информации,принятые во внимание при эксйертизе1. Авторское свидетельство СССРМе 296201, кл. Н 02 М 5/42, 1964.2. Аракчеев В. В. Применение тиристорных преобразователей частоты для автоматизации технологических процессов магнитного формирования и сквозного нагреваметаллов, Диссертация на соискание степени кандидата технических наук. М 1971,с. 137, рис. 5.15.767933 ф диуф: С 177 Составитель Л.МироновТехред К. ШуфричТираж 783 митета Соткрытий кая наб.,ул. Про д. 4/5 ктная,Редактор Е. КарауЗаказ 7215/50 ВНИИПИ Госу по делам 113035, Москва,илиал ППП Пате