СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОМОСТОВЫМ ТИРИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Советский патент 1995 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к электронике, в частности к вентильному электроприводу, и может быть использовано на электроподвижном составе переменного тока с рекуперативным торможением.

Известен способ автоматического управления инвертором и устройство для его осуществления, заключающийся в том, что в цепь нагрузки включают большое добавочное сопротивление, измеряют угол коммутации и пропорционально его величине регулируют угол опережения β, увеличивают угол открытия тиристоров выпрямительной установки возбудителя (ВУВ) при увеличении инвертируемого тока, осуществляя общее противовозбуждение двигателей, которое служит для повышения динамической устойчивости инвертора.

Недостатком известного способа и устройства является малая эффективность противовозбуждения. Это обусловлено тем, что скорость протекания электромагнитных процессов в цепи инвертора много больше скорости электромагнитных процессов противовозбуждения.

Кроме того, автоматическое уменьшение потока возбуждения при увеличении инвертируемого тока приводит к снижению жесткости тормозных характеристик.

Наиболее близким к изобретению является способ автоматического управления многомостовым тиристорным преобразователем, заключающийся в том, что измеряют длительность угла основной коммутации, задают угол запаса, суммируют их, в результате формируют угол опережения инверторных блоков, задают напряжение управления, в соответствии с которым регулируют величину углов включения тиристоров выпрямителя и тиристоров регулируемого инверторного блока.

Известно также устройство для осуществления этого способа, содержащее датчик угла основной коммутации, блоки фазового управления выпрямителем и инверторными блоками с выводами для подключения к преобразователю, первые входы блоков фазового управления соединены с выходами задатчика напряжения управления, задатчика угла запаса, выход которого и выход датчика основной коммутации соединены с входами сумматора.

Этот способ и устройство обеспечивают надежную работу преобразователя только при наличии достаточно большого запаса устойчивости. При работе инвертора с постоянным углом запаса пропорционально величине угла коммутации уменьшается противоЭДС силового трансформатора. В системе возникает положительная обратная связь, которая приводит к нарушению электрической устойчивости. Для обеспечения нормальной работы преобразователя в различных условиях эксплуатации требуется повышенный запас устойчивости, который достигается путем увеличения угла запаса.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе автоматического управления многомостовым тиристорным преобразователем измеряют скорость изменения угла основной коммутации и скорость изменения угла опережения инвертора, проводят указанное регулирование углов включения тиристоров выпрямителя и регулируемого инверторного блока пропорционально разности измеренных скоростей.

Кроме того, поставленная цель достигается тем, что устройство для осуществления способа снабжено двумя фиксаторами уровня, регулятором угла опережения и блоком управления регулятором, причем выход сумматора подключен через соответствующий фиксатор уровня к вторым входам блоков фазового управления и через блок управления регулятором к первому входу регулятора угла опережения, второй вход которого соединен с выходом датчика угла основной коммутации, а выход соединен с выводом для подключения к преобразователю.

Способ управления многомостовым преобразователем заключается в том, что необходимое для обеспечения динамической устойчивости регулирование тока возбуждения и величины противоЭДС силового трансформатора осуществляется путем использования сигналов, пропорциональных непосредственно скорости изменения выходного напряжения инвертора (противоЭДС), и в том, что угол опережения регулируют в зависимости от угла коммутации и отклонения фактического угла запаса от заданного значения. Это позволяет снизить погрешность регулирования и обеспечить устойчивость преобразователя, а следовательно, повысить надежность работы, при этом жесткость характеристик сохраняется максимальной.

На чертеже приведена блок-схема преобразователя и устройства для осуществления способа управления.

Многомостовой тиристорный инвертор 1 подключен к секционированной вторичной обмотке силового трансформатора 2. Инвертор 1 имеет регулируемые и нерегулируемые блоки и нагружен на тяговый двигатель 3, работающий в генераторном режиме с независимым возбуждением, обмотки 4 возбуждения питаются от выпрямителя 5.

Устройство для управления многомостовым преобразователем содержит регулятор 6 угла опережения, блоки 7 и 8 фазового управления инверторными блоками и выпрямителем, задатчик 9 напряжения управления, датчик 10 угла основной коммутации, сумматор 11, задатчик 12 угла запаса, фиксаторы 13 и 14 уровней, блок 15 управления регулятором.

Регулирование величины угла опережения β инвертора, противоЭДС и тока (потока) возбуждения осуществляется путем изменения фазы импульсов управления тиристорами инвертора 1 соответственно на выходе регулятора 6 и блоков 7 и 8.

Режим работы инвертора и выпрямителя задается величиной напряжения на выходе задатчика 9. Начальное значение угла опережения β определяется величиной напряжения смещения задатчика, входящего в состав регулятора 6, и соответствует заданной величине угла запаса δ.

Сигналы прямоугольной формы, длительность которых равна продолжительности основной коммутации токов по плечам нерегулируемого блока инвертора 1 в моменты подачи импульсов с фазой β формируются на выходе датчика 10 и подаются на вход регулятора 6. При изменении длительности этих сигналов угол опережения β изменяется прямо пропорционально величине угла основной коммутации по закону β=δ+γ. Одновременно с этим сигналы с выхода датчика 10 подаются на один из входов сумматора 11, на второй вход которого поступают сигналы с выхода задатчика 12. На выходе задатчика 12 в конце каждого полупериода питающего напряжения формируются импульсы прямоугольной формы, равные по длительности заданному значению угла запаса δ.

Результирующий сигнал с выхода сумматора 11 через фиксаторы 13 и 14 подается на входы блоков 7 и 8, а через блок 15 на вход регулятора 6. При поступлении на вход фиксаторов 13 и 14 серии импульсов прямоугольной формы за время импульса абсолютная величина напряжения на их выходах увеличивается пропорционально длительности входных импульсов с малой постоянной времени, а за время паузы не успевает снизиться до начального значения. Только при отсутствии входных импульсов в течение нескольких полупериодов напряжение на выходе фиксаторов 13 и 14 становится равным нулю.

При поступлении сигналов на вход блока 15 его выходное напряжение медленно увеличивается, увеличивая тем самым угол опережения β, формируемый регулятором 6, а при отсутствии входных импульсов так же медленно уменьшится. Скорость изменения напряжения на выходе блока 15 много меньше скорости изменения (увеличения по абсолютной величине) отрицательного напряжения на выходе фиксаторов 13 и 14 во время присутствия на их входах импульсов прямоугольной формы, поступающих с выхода сумматора 11.

Следовательно, напряжение на выходе блока 15 компенсирует статическую погрешность регулирования угла опережения β при постоянстве угла запаса δ и не оказывает влияния на динамические свойства регулятора 6.

В переходных режимах работы, например в момент перехода в режим рекуперации, или при действии различного рода возмущающих воздействий, если скорость изменения угла основной коммутации γстановится больше скорости регулирования угла опережения β, то на выходе сумматора 11 появляются импульсы прямоугольной формы, длительность которых пропорциональна скорости уменьшения противоЭДС.

Пропорционально длительности этих импульсов изменяется величина напряжения фиксаторов 13 и 14, а следовательно, и фаза импульсов управления тиристорами на выходе блоков 8 и 7, которая меняется пропорционально разности скоростей изменения углов основной коммутации и опережения. При этом резко увеличивается противоЭДС трансформатора и уменьшаются ток возбуждения и скорость его изменения. В этом случае не только обеспечивается динамическая устойчивость инвертора при наличии сильных возмущающих воздействий, но и значительно снижаются скорости нарастания тока возбуждения и инвертируемого тока, тем самым скорости изменения тормозного усилия.

В установившемся режиме статическая погрешность регулирования угла опережения β при постоянстве угла запаса δ равна нулю, и жесткость тормозных характеристик остается максимальной.

Использование данного способа автоматического управления многомостовым тиристорным преобразователем и устройства для его осуществления обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: уменьшение величины добавочных сопротивлений в цепи нагрузки генератора без снижения динамической устойчивости, что особенно важно для повышения процента возврата энергии в сеть при рекуперативном торможении, упрощение схемы системы управления инвертором и повышение надежности работы тиристорного электропривода, повышение степени устойчивости торможения в эксплуатации за счет реализации оптимальных скоростей нарастания тормозного усилия в переходных режимах, повышение жесткости тормозных характеристик за счет исключения постоянного противоком- паундирования, в результате чего увеличивается точность регулирования заданной величины тормозного усилия.

1. Способ автоматического управления многомостовым тиристорным преобразователем, содержащим выпрямитель, регулируемый и нерегулируемый инверторные блоки, заключающийся в том, что измеряют длительность угла основной коммутации, задают угол запаса, суммируют их, в результате чего формируют угол опережения инверторных блоков, задают напряжение управления, в соответствии с которым регулируют величину углов включения тиристоров выпрямителя и тиристоров регулируемого инверторного блока, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, измеряют скорость изменения угла основной коммутации и скорости изменения угла опережения инверторных блоков, проводят указанное регулирование углов включения тиристоров выпрямителя и регулируемого инверторного блока пропорционально разности измеренных скоростей. 2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее датчик угла основной коммутации, блоки фазового управления выпрямителем и инверторными блоками с выводами для подключения к преобразователю, первые входы блоков фазового управления соединены с выходами задатчика напряжения управления, задатчик угла запаса, выход которого и выход датчика угла основной коммутации соединены с входами сумматора, отличающееся тем, что оно снабжено двумя фиксаторами уровня, регулятором угла опережения и блоком управления регулятором, причем выход сумматора подключен через соответствующий фиксатор уровня к вторым входам блоков фазового управления и через блок управления регулятором к первому входу регулятора угла опережения, второй вход которого соединен с выходом датчика угла основной коммутации, а выход соединен с выходом для подключения к преобразователю.