СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОДНОФАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ Российский патент 2003 года по МПК H02M7/515 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области автоматического регулирования на постоянство угла запаса (погасания) однофазного инвертора электроподвижного состава переменного тока в режиме рекуперативного торможения.

Известен способ управления однофазным инвертором, состоящий в том, что измеряют и вводят в регулятор сигнал, пропорциональный углу коммутации тока вентилей, в каждом полупериоде переменного напряжения формируют в зависимости от него импульсы управления для отпирания вентилей инвертора в каждом следующем полупериоде напряжения (см. книгу Трахтмана Л.М. Электрическое торможение электроподвижного состава. М.: Транспорт, 1965, с.105-130).

Этот способ регулирования не учитывает факторы, влияющие на величину угла коммутации. При этом величину заданного угла запаса инвертора выбирают из условия работоспособности инвертора в самых неблагоприятных режимах, например низкое напряжение и большой реактанс питающей сети, что при нормальных условиях эксплуатации и, тем более, в особо благоприятных, приводит к завышению необходимого угла запаса инвертора и существенному снижению энергетических показателей инвертора.

Наиболее близким по технической сущности является способ управления однофазным инвертором, состоящий в том, что формируют и вводят в регулятор сигнал, пропорциональный углу коммутации в предыдущем полупериоде питающего напряжения, и формируют, в зависимости от него, импульсы для отпирания вентилей инвертора в следующем полупериоде питающего напряжения (см. авторское свидетельство СССР 819927, кл. Н 02 Р 13/18, опубликовано БИК 13, 1981 г.).

Этот способ также не учитывает изменение индуктивного сопротивления контура коммутации тока рекуперации инвертора. Согласно (см. книгу Тихменева В. Н. , Трахтмана Л.М. Подвижной состав электрофицированных железных дорог. Теория работы электрооборудования. Электрические схемы и аппараты. М.: Транспорт, 1980, с.191.), величина угла коммутации инвертора определяется

где δ₃ - заданное значение угла запаса инвертора;
Х - индуктивное сопротивление контура коммутации;
I - среднее значение тока рекуперации;
U - амплитудное значение питающего напряжения.

Способ не может обеспечить хорошее качество регулирования, т.к., если значения величины тока рекуперации I и питающего напряжения U можно измерить, то величина индуктивного сопротивления контура коммутации, как правило, неизвестна. Поэтому правильно определить величину угла коммутации и реализовать минимальный угол запаса инвертора не представляется возможным.

Задачей изобретения является повышение энергетических показателей инвертора за счет реализации меньших углов запаса при сохранении устойчивости инвертора.

Поставленная задача решается способом управления инвертором, в котором, при формировании импульсов для отпирания вентилей инвертора в следующем полупериоде в зависимости от значения угла коммутации, в текущем полупериоде запоминают измеренные в предыдущем полупериоде значение амплитуды питающего напряжения, среднее значение тока рекуперации и значение угла коммутации, определяют значение индуктивного сопротивления контура коммутации по формуле

где α_β U, I, γ - фаза импульсов отпирания вентилей инвертора, амплитуда питающего напряжения, среднее значение тока рекуперации и угол коммутации, измеренные в предыдущем полупериоде, соответственно, затем определяют значение угла коммутации для следующего полупериода по формуле

Определение величины индуктивного сопротивления контура коммутации позволяет с большей точностью вычислить значение угла коммутации и реализовать меньшие углы запаса инвертора, тем самым повысив его энергетические показатели при сохранении устойчивости.

Значение индуктивного сопротивления контура коммутации Х необязательно определять в каждом полупериоде, а можно с интервалом, например, равным 15 с, т.к. за это время при современных скоростях движения э.п.с. значение Х не может изменятся больше чем на 2-4%, что соответствует точности измерения U, I, γ.

На фиг.1 изображено устройство для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 - алгоритм функционирования устройства в текущем полупериоде.

Инвертор 1 управляется микропроцессорной системой, состоящей из процессора 2, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 3, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 4, блока синхронизации 5, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 6, блока ввода временного интервала 7, дискретного фазосдвигающего устройства 8 и распределителя 9. Входы-выходы процессора 2, ОЗУ 3, ПЗУ 4, выходы АЦП 6, блока ввода временного интервала 7 и вход дискретного фазосдвигающего устройства 8 соединены шиной адресов-данных 10. Выход дискретного фазосдвигающего устройства 8 соединен со входом распределителя 9, выходы которого соединены с управляющими цепями вентилей инвертора 1. Инвертор 1 нагружен на однофазную сеть переменного тока, напряжение которой поступает на вход блока синхронизации 5. Выход блока синхронизации соединен с шинами синхронизации процессора 2, ОЗУ 3, ПЗУ 4, АЦП 6, блока ввода временного интервала 7, дискретного фазосдвигающего устройства 8 и распределителя 9.

Способ реализуется алгоритмом, приведенным на фиг.2.

При переходе питающего напряжения через нулевое значение на выходе блока синхронизации 5 появляется импульс, по которому производится начальная установка процессора 2, ОЗУ 3, ПЗУ 4, блока ввода временного интервала 7 и дискретного фазосдвигающего устройства 8 и запускается АЦП 6. После этого микропроцессорная система функционирует в соответствии с командами и константами, записанными в ПЗУ 4, причем в первом полупериоде питающего напряжения, при входе в рекуперацию, значения U, I, γ задают равными номинальным.

В текущем полупериоде осуществляется ввод (блок 2 на фиг.2) хранящихся в памяти АЦП 6 и блока временного интервала 7 измеренных в предыдущем полупериоде амплитуды напряжения, среднего значения тока рекуперации и угла коммутации, которые запоминают в ОЗУ 3, и определяют величину индуктивного сопротивления контура коммутации по формуле (блок 3 на фиг. 2)
,
где значения α_β, U, I, γ взяты из предыдущего полупериода.

По определенному значению индуктивного сопротивления контура коммутации Х и измеренным токам рекуперации I, амплитуды питающего напряжения U в предыдущем полупериоде и заданного угла запаса инвертора δ₃ в текущем определяют (блок 4 на фиг.2) величину угла коммутации γ_n для следующего полупериода по формуле

и определяют фазу импульсов управления α_β по формуле (блок 5 на фиг.2)
α_βn = π-δ₃-γ_n.
После этого осуществляется вывод значения фазы импульсов отпирания вентилей инвертора α_βn (блок 6 на фиг.2) в дискретное фазосдвигающее устройство 8 и процессор 2 переходит в режим ожидания следующего синхроимпульса. В следующем полупериоде питающего напряжения на выходе дискретного фазосдвигающего устройства 8 формируется импульс отпирания вентилей инвертора, фаза которого сдвинута относительно синхроимпульса на величину α_βn. Распределитель 9 распределяет импульсы по плечам преобразователя в соответствии с алгоритмом их переключения.

Значение индуктивного сопротивления контура коммутации Х можно определять с интервалом, например, равным 15 с, т.к. за это время при современных скоростях движения э.п.с. значение Х не может изменятся больше чем на 2-4%, что соответствует точности измерения U, I, γ. Кроме того, значение Х необязательно определять в программе вычисления управляющего воздействия. Это может осуществляться и другой программой, например, реализующей алгоритм регулятора скорости или диагностики оборудования, т.к. скорость протекания электромагнитных переходных процессов на 2-3 порядка выше скорости механических перемещений электроподвижного состава по участку.

Предлагаемый способ управления однофазным инвертором позволил повысить энергетические показатели инвертора за счет реализации меньших углов запаса.

Применение способа управления при испытании микропроцессорной системы управления движением на электровозе ВЛ 65 N 021 на участках СКЖД ст. Тимашевская - ст. Горячий Ключ - ст. Новороссийск и на электровозе ЭП1 003 на Красноярской ж.д. на участках ст. Мариинск - ст. Иланская позволило снизить заданное значение угла запаса инвертора с 25-27 эл. град. до 17-19 эл. град, что соответствует увеличению коэффициента мощности на 3-4%.

Изобретение можно применить в составе переменного тока в режиме рекуперативного торможения. Способ управления однофазным инвертором состоит в том, что для формирования импульсов отпирания вентилей инвертора в следующем полупериоде в зависимости от значения угла коммутации в каждом полупериоде измеряют и запоминают значение амплитуды питающего напряжения, среднее значение тока рекуперации и значение угла коммутации, а также вычисляют значение индуктивного сопротивления контура коммутации. Значение угла коммутации в следующем полупериоде вычисляют в текущем полупериоде на основании измеренных значений тока рекуперации и амплитуды питающего напряжения в предыдущем полупериоде. Определение величины индуктивного сопротивления контура коммутации позволяет правильно определить величину угла коммутации и реализовать меньшие углы запаса инвертора. Этим достигается технический результат - повышение энергетических показателей инвертора при обеспечении его устойчивой работы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ управления однофазным инвертором, состоящий в том, что формируют в зависимости от значения угла коммутации импульсы для отпирания вентилей инвертора в каждом полупериоде питающего напряжения, отличающийся тем, что в каждом полупериоде питающего напряжения измеряют и запоминают значение амплитуды питающего напряжения, среднее значение тока рекуперации и значение угла коммутации, при входе в рекуперацию и при рекуперации, определяют значение индуктивного сопротивления контура коммутации по формуле

где α_β, U, I, γ - значения фазы импульсов отпирания вентилей инвертора, значение амплитуды питающего напряжения, среднее значение тока рекуперации и угол коммутации в предыдущем полупериоде, соответственно, и затем в текущем полупериоде, определяют значение угла коммутации для следующего полупериода по формуле:

где δ₃ - заданное значение угла запаса инвертора. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определение Х производится с интервалом времени, равным, например, 15 с.