Устройство для управления тиристорным инвертором Советский патент 1983 года по МПК H02P13/18 

.Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть испол эовано для управления тиристорным преобразователем в инверторном режи ме, преимущественно на электроподвижном составе переменного тока-с рекуперативным торможением. Известно устройство для управления тиристорным инвертором, содержащее трехфазный трансформатор, логйческие элементы НЕ в каждом канале, входы которых подключены к выводам вторичных обмоток каждой фазы трансформатора через последователЭ НО соединенные резисторы и диоды и к о&цей точке вторичных обмоток через стабилитроны и элементы ИЛИ-НЕ, фор мирователь прямоугольных импульсов, преобразователь их ширины и усилитальИзвестное устЕюйс$во не обеспет чивает раб:оту инвертора с минималь- ньол значением угла запаса. ; Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности я-вляется , устройство для управле ния тиристорны инвер тором, содержащее последовательно соединенные элементы совпаде ния, к одному из выходов которого под:слючен измеритель угла комму т ации, а ко второму входу - генератор , прямоугольных (опорных) импульсов, интегрирующий усилитель, блок фаз ового управления инвертором,.распределительное устройство и блок выход HJDJx усилителей t2 . Недостатком известного устройства является постоянство заданного значения узла запаса во всех режимах эксплуатации, что снижав энергетические показатели и устойчивость Работы инвертора. Необходимое значение угла запаса (fa складывается в регшьных условиях из целого ряда составляющих, завися щих от многих факторов. Среди них наиболее существенными являются сле дующие . Время, необходимое для восстановления запирающих свойств тиристоров t, зависит от типа и характеристик тиристоров, а также от многих других факторов и, в частности, от величины отрицательного питающего напряжения приложенного в это время к тиристору С увеличением напряжения время воестановления уменьшается, с уменьшением напряжения - увеличивается,т.е время восстановления tg пропорционально вольт-секундной площадке питающего напряжения в интервале tf -Т Эта вольт-секундная площадь может изменяться также не толькопри изменении величины питающего напряжения но и при появлении искажения формы кривой напряжения нз-эа возникающих в сети за счет распределенных реактивных параметров послекоммутационных колебаний. Погрешность системы автоматического регулирования угла зажигания Э на постояйство угла запаса сГ складывается из погрешности.системы в переходных режимах работы - динамичес кой погрешности дЭ и погрешности в установившихся режимах &с.. Динамическая погрешность регулирования определяется скоростью изменения возмущающего воздействия, т.е. изменение м величины угла коммутации If от полупериода к полупериоду, Которая в СБОЮ очередь зависит от величины питсцощего напряжения и прочих факторов. Так, при одинаковых скоростях изменения тока инвертора величина изменения угла коммутации за полупериод при пониженном напряжении в сети больше г чем повьвденном. Соответственно больше и динамическая погрешность регулирования дЭ. Аналогично и статическая, погрешность дс, которая пропорциональна величине угла У , больше пр.и пониженном напряжении в сети, чем при повышенном, при одинаковом значении тока йнвертора,- . ; . , , . Таким образом, величину заданного угла запаса сГ, выбиргвот в известном устройстве, равной d t3+ дс +л9 . При этом величины tg, лс ДЭ выбирают из условия работоспособности инвертора в самых неблагоприятных режимах (низкое напряжение и .большой реактанц в сети, наличие поелекоммутационных высокочастотных колебаний, максимально возможные скорости изменения токов инвертора и пр). Тогда при нормальных условиях эксплуатации и. тем более в особо благоприятных, величина tT оказывается значительно более необхддимой, что существенным образом снюкает энергеЕические показатели установки. Целью изобретения является повышение энергетических показателей за счет осуществления коррекции заданного угла запаса в зависимости от величины питающего напряжения, а также в зависимости от. искаженной формы кривой напряжения. Поставленная цель достигается тем/ что в устройство, содержащее последовательно соединенные измеритель угла коммутации, элемент совпадения, интегрирующий усилитель, блок фазового управления, распределительное устройство и блок выходных усилителей, введен формирователь регулируемых опорных импульсов, содержащий выпрямительный мост, подключенный к выходу измерительного трансформатора, имеющего входы для подключения к обмотке силового трайсформатора, а также включенные последовательно задатчик напряжения смещения, эле мент сравнения, интёгрируюьщй элемент, синхронизированный с сетью фазосмещающий элемент и транзисторный ключ, выход которо:г6 соединен с щ угим входом элекюнта сравнения, при этом выход фазос 4ецаю1цего элемента подключен к второму входу элемента совпадения, а вшсрд внпрямнтельяо1 о моста соединен с шиной питания тра ЗИСТСУРНОГО ключа. :;. Яа фиг.1 представлена блок-схема предлагйелкчго устройства, поддалввчен- но го к преобразовательному агрег ату; инвертор - трансформатор; на фиг.2 t временн ае д иаграммы напряжений на вцходах эле1 ентов устройства. УстррйствЬ, которое под|сл оченЬ к агрегату инвертор 1 i- трансформа тор 2/ содержит последовательно средиHeHH&is измеритель угла комкйгтаций., 3Ji&v tit совпадения 4, интегрируямдай усилитель 5, блок фд зового управления 6, распределитетшное устройстве 7 я блок выходных усилителей 8, который :нрдсреданен к стлзювьш тириеторад инвертора 1у Вшфямительный мо«5т 9, подключённйй к выходу измаризседь- него трансформатора 10, вход которого подроединен к гобмртке сяловрго трансформатора 2, а также последова тёльно соединенные задатчики напряжещя смещения II, пемеент сравнейия 12, интегрир5даац1й Элемент 13, vсинхронизированный с сеть«р файос1меШлющий Элемент 14 и ±ранзистО1 нйй ключ 15, выход которого соединен е другим; входом элемента срсшнени;я 12, состааляют формирователь 16 .регУ- : лируемых рпорНБвс импульсов.При атом ;выхОД фазосмеедёиощего элемента 14 подключен также к второму входу элеме та совпадения .41 а выхрд выщ)ямительного моста 9 -соединен с шиной питания трайзистррного слюча 15. Основные узлы устройства могут быть реализованы на интегральншг микросхемах. Работа: устройства Поясняется временньоф диаграммгми напряжений нд выходах элементов- Устройства (ф«г.2) для случая, когда интегрирующий элеМент 13 выполнен иявертируюгцим, фаг зосмещающий элемент 14 имеет пилообразное разверт1лза101цее, напряжение, эадатчик напряжения смещений 11 имеет положительную полярность, а транзисторный ключ 15 питается напря жением Отрицательной пол шносй и, кот торое поступает с выхода выпрямительного моста 9 Устройство работает следующим образом.; БЛОК Фазового управления 6 инвертором формирует импульсы управления/ фаза переднего Фронта которых соот ветствует величине угла зажигания 0 .тиристоров инвертора 1. Импульсы с выхрда блока 6 через распределитель нре устройство 7, блок вьрсодных уси лит елей 8 поступают на упршл жцие электррды тнристороБ cooTBeTCTBytfRVHx плеч инвертора 1, регулируя фазу открытия тиристоров. Язмеритель углов ксиммутещии 3 фррквфует Чфямоугольные импульсы Ц , длительность кoтopiыx равна длительности угла осг , новной коммутации Т иявертораг переднего фронта соответствует углу . зажигання { , а фаза заднего фроя л та - реальному углу saniSicait/jo ийвертора 1. Элемент совпадения 4 в ре-;; зультате временного сравяеяия скгяалов Uy я U(f« вьделяет сигналы Uj pissярстн между заданным углснл. запаса (f, задатчИком является : блок 16 я реапьньм уг.лом запаса dp. Разностный сигйал Цд с выхода элв мента совпадения 4 прдается через интегрирующий усилитель 5 на упрааалявяций };хрд блока фазового управле. ния 6 и ре ГУлирует длительность :сигнала Uj на его выходе таким р(5разрм чтобы . образрм описанная язвестна1Я часть устройства осуществляет регулирование угла Зажигания jb на постоянство угла запаса инвертора rfp-e/. : Блок 16 выполняет функции задатчика утла запаса кнверт : а и осу ествляет коррекцию заданного угла запаса tfj .в зависимости рт величины я формы напряжения на сялрвом трансформаторе :2. Фазосмещающий элемент 14 с синхронизированным с сетыэ пилообразным ра;звертывающим напряжением формирует пр1 мругольны1е импульсы 0,, равные по длительностизёццанному значению угла запаса; инвертора. перед1 гего фронта иктульсов Рпределяетая в.каждый полуПериод мрментом равенства напря- : жеяия Оц на выходе интегрирующего элемента 13 и пилообразного раавертывающего напряжения УГЦ, , Импульсы Ujf. с выхода фазосмещающего элемента 14 Подаются на элемент .совпадения 4, а также На транзисторный ключ 15. питание тр анзисторного ключа 15 осуществляется пульсирующим напряжением, отрицательной полярности, которое формируется выпрямительным мострм 9. ;Величина напряжения U на выходе выпрямительнргР моста 9 пропорциональн-а величине питающегр напряжения, . а фррмы полуволн повторяют форму соответствующих полуволн, напряжения питания. Транзисторный ключ 15 выполнен так, что при управляющем напряжении на его входе, равному нулю он открыт и насыщен. Напряжение на « его. выходе Uit в этом случаеравнр нулю. С приходом положительнрго уп-, равл 1ющего импульса Urf транзистРрный К/1ЮЧ 15 закрывается и на его выходе появляется отрицательнре напря-.

жение UK / равное напряжению U , которое пропорционально пихающему напряжению и повторяет его по форме Напряжение UK. с выхода транзисторного ключа подаетсягна один из входов элемента сравнения 12, таким образом чтобы оно вычиталось из напряжения смещения положительной полярности которо.ё подается на другой вход элемента сравнения 12.

Результирующее напряжение суммирования Uc с выхода элемента сравнения 12 подается на вход интегрирующего элемента 13, выхояное напряже сние которого управляе т работой фазо сдвигающего элемента 14.

Устойчивое состояние в схеме наступает только в случае, есля за период квантования Т, определяемый длительностью полупериода вацряжеийя питания, вольт-секундная площадь напряжения с на вьссоде элемента сравнения 12 равна нулю, т.е. фольти секундная площадь напряжения сменив-, ния равна вольт-секундной плсичади напряжения Оц на выходе транзистор ного гключа 15.

Если вольт-секувдная площадь за период квантования 7 натфяжения не равна вольт-секундной площади напряжения смещения, то начинает изменяться напряжение на вьшоде интегрирующего элемента 13, что сопровождается изменением длительности выходных сигналов tjjf фазосмещающего элемента 14 и еоответствуюадм изменением длительности и аввтлитуды сигналов UK на выходе транзисторного ключа 15.

Изменение длительности (фазы) сигналов на выходе фазосмещающего элемента 14 прекрёоаается, когда вольт-селундная площадь ваЩ яжения UK Нч1 выходе транзисторного ключа 15 становится равной за период квантования т вольт-секундной площади напряжения смещения на выходе задаТчика 11.

Таким образом, если при номинальной величине питающего напряжения установить напряжением смещения длительность импульсов U(f% , равной необходимой величине угла запаса инвертора, то при возникновении искажений или изменении величины питающего напряжения в схеме автоматичес ки поддерживается такая величина угла запаса инвертора (длительность импульсов 0(f ) , чтобы вольт-секундная площадь импульсов U на выходе транзисторного ключа 15 равнялась за период квантования Т вольт-секундной площади напряжения смещения, т.е. в

схеме автоматически регулируется величина угла запаса инвертора на постоянство в каждый полупериод вольтсекундной площади питающего напряжения, заключенной между искомым значением фазы угла ч запас а dV и 7Г .

Соответственно при величине питающег9 налряжения, меньшем номинального, величина заданного запаса 0 (длительность импульсов Off ) увеличивается, а при напряжении, большем номинального, уменьшается таким образом, чтобы вольт-секундная площадь питающего напряжения в каждый полупериод в интервале rf-ff осталась постоянной ..

Аналогично изменяется величина, СГ. в случае возникновения искажений формы кривой питающего напряжения, например, при прявленйи комло тациониых провалов и послекоммутационных колебаний, возникающих в сети за счет распределенных реактивных параметров.

В предлагаемом устройству повышаются энергетические показатели инверторов за счет уменьшения величины заданного угла запаса ifj t поскольку осуществление коррекции угла за,паса в эависикюсти от величины питающего напряжения дает возможность отказаться от дополнительных запасов на время восстановления запирающих свойств тиристоров, на динамическую и статическую погрешность регулирования, и тем caNKat поддерживать во всех режимах минимально необходимое значение угла запаса (Д ; повышается устойчивость инвертора s режимах работы, сопровождающихся значительными искажениями формы кривой питающего напряжения, так как осуществляется коррекция величины заданного угла запаса сГ в зависимости от возникающих .-искажений; повышается точность поддержания угла запаса инвертора, поскольку устройство реализует астатический закон регулирования на постоянство вольт-секундной площади питающего напряжения в интервале сГ-к . Таким образом, можно уменьшить заданное значение угла запаса сГ на величину статической погрешности регулирования &с и повысить соответственно энергетику преобразователя. Кроме того, увеличивается быстродействие регулирования угла запаса fi , так как регулирование осуществляется одновременно по двум каналам 1 и сГ . Это унюньшает динамическую погрешность регулирования ь9, а следовательно, устойчивость и энергетику преобразователя.

Ни

(huft

ftil

(Ot

УК

ut

t/r

V Z

{/

i/ д

cot

/

Г6.

wt lot

3 uTt

Ш1

л