Способ защиты тиристорного преобразователя Советский патент 1984 года по МПК H02H7/12 

Изобретение относится к силовой полупроводниковой технике электропоездов постоянного тока.

Известен способ защиты тиристорного преобразователя, при котором контролируют величину и знак скорости изменения выходного тока и при определенном их значении воздействуют на импульсы управления тиристорами. При этом способе подают импульсы управления на коммутирующий тиристор с временной задержкой по отношению к импульсам управления перезарядным тиристором в зависимости от параметров выходного тока 1.

Недостатком этого способа защиты является невысокая надежность из-за отсутствия защиты преобразователя в режиме рекуперативного торможения при понижении напряжения контактной сети.

Наиболее близким к изобретению по техническим средствам и достигаемым результатам является способ защиты тиристорного преобразователя, заключающийся в том, что определяют величину и знак скорости изменения выходного тока, что позволяет осуществлять защиту преобразователя в режиме тяги от кругового огня и боксования, а в режиме рекуперативного торможения - от кругового огня и юза, осуществляют временную задержку управляющих импульсов, поступающих на коммутирующий (амплитудный) тиристор, по отношению к управляющим сигналам, поступающим на перезарядный тиристор в функции выходного напряжения датчика тока якоря, контролируют разность значений текущего и отстающего по времени напряжения сети, полученный сигнал суммируют с сигналом, пропорциональным выходному току, сумму сравнивают с сигналом уставки и в зависимости от величины сигнала сравнения регулируют коэффициент заполнения преобразователя, при заданной величине сигнала сравнения снимают импульсы управления преобразователем 2.

Недостатком известного способа является невозможность защиты преобразователя в режиме рекуперативного торможения при независимом возбуждении тяговых двигателей при изменении напряжения в контактной сети. Это происходит из-за того, что при независимом возбуждении тяговых двигателей из цепи исключаются обмотки возбуждения, что значительно снижает инерционность якорной цепи.Введенде контроля разности значений текущего и отстающего по времени напряжения сети и соответствующее управление преобразователем в этом режиме в. отличие от режиме самовозбуждения является малоэффективным, поскольку канал управления по разности значений Те кущего и отстающего по времени на пряже ния сети и цепь обмотки возбуждения обладают значительной инерционностью. Такое соотнощение параметров при изменении напряжения сети может привести к аварийному опрокидыванию преобразователя.

Целью изобретения является повыщение надежности рекуперативного торможения при независимом возбуждении тяговых двигателей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу защиты-тиристорного преобрааователя, содержащего основной, коммутирующий, перезарядный тиристоры и тиристорный возбудитель, заключающемуся в том, что контролируют величину и знак скорости изменения выходного тока, подают

5 импульсы управления на коммутирующий тиристор с временной задержкой по отношению к импульсам управления перезарядным тиристором .в зависимости от параметров выходного тока,контролируют разность значений текущего и отстающего по времени на0 пряжения сети и регулируют коэффициент заполнения преобразователя, измеряют величилу напряжения контактной сети и ЭДС вращения тяговых двигателей, контролируют разность значений напряжения сети и

ЭДС вращения тяговых двигателей полученный сигнал сравнивают с заданным сигналом, полученный в результате сравнения сигнал суммируют с сигналом, равным разности значений текущего и отстающего по времени напряжения сети, после этого регу0 лируют коэффициент заполнения тиристорного возбудителя так, чтобы текущая разность значений напряжения сети и ЭДС вращения оставалась постоянной, одновременно контролируют величину тока возбуждения и при его равенстве с выходным токрм фор5 мируют сигнал на отключение канала управления тиристорным возбудителем по текущей разности значений напряжения сети и ЭДС вращения и одновременно формируют сигнал на подключение канала управлец ния тиристорным возбудителем по току возбуждения, при определенной величине выходного тока осуществляют запрет на управление тиристорным преобразователем напряжения и формируют сигнал на замещение рекуперативного торможения.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство, реализующее предлагаемый способ защиты, содержит тиристорно-им иульсный преобразователь 1 напряжения, включающий в себя главный тиристор 2, перезарядный тиристор 3,коммутирующий тиристор 4, диод 5, диод 6, щунтирующий якорь тягового двигателя, диод 7, шунтируюC щий обмотку возбуждения тягового двигателя, коммутирующий конденсатор 8, коммутирующий дроссель 9, зарядный резистор 10.

Возбудитель 11 состоит из перезарядного тиристора 12, амплитудного тиристора 13, диода 14, коммутирующего конденсатора 15, коммутирующего дросселя 16.

На входе тиристорного преобразовате ля установлен индуктивно-емкостной фильтр 7 (18). Система включает в себя два контактора 19 и 20, якорь 21 тягового двигателя, обмотку 22 возбуждения.

Система управления состоит из блока 23 управления, датчика 24 напряжения, датчика 25 тока якоря, датчика 26 тока возбуждения, датчика 27 ЭДС вращения, датчиков 28 и 29 нуля тока, управляемых линий 30 и 31 задержек, задатчика уставки Ягока якоря 32, сумматоров 33-35, элемента 36 запрета, датчика 37 нестационарного изменения питающего напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Пуск электропоезда осуществляется за счет работы тиристорного преобразователя 1, при этом контактор 19 замкнут, а контактор 20 разомкнут. Поддержание среднего значения hycKOBoro тока тягового двигателя заданным осуществляется за счет изменения коэффициента заполнения преобразователя в функции выходного напряжения датчика 25 тока якоря. При этом коэффициент за полнения изменяется от величины, близкой :К нулю, до величины,близкой к единице. Коэффициент заполнения преобразователя изменяется за счет изменения момента отпирания главного тиристора 2 по отнощению к коммутирующему тиристору 4, что достигается работой элемента 30. В пусковом режиме возбудитель 11 не работает.

В тормозном режиме система реализует режим рекуперативного торможен-ия при независимом возбуждении тягового двигателя. В этом режиме контактор 19 разомкнут, а 20 замкнут. При этом регулирование процесса возбуждения тягового двигателя осуществляется возбудителем 11. Возбудитель работает в режиме амплитудно-фазовой модуляции и получает энергию от источника питания.

Первоначально возбудитель отрабатывает минимальный коэффициент заполнения, а по мере снижен-ия скорости коэффициент заполнения увеличивается.

Коэффициент заполнения изменяется за счет смещения момента отпирания амплитуд кого тиристора 13 по отнощению к переза- . рядному тиристору 12, чго достигается работой элемента 31, причем минимальное значение коэффициента заполнения соответствует максимальной задержке, а максимальное значение коэффициента заполнения - минимальной задержке, близкой к нулю,т.е. практически в этом случае импульсы, посту тающие на управляющие электроды тирисfopoB 12 и 13, совпадают.

В процессе торможения во всем диапазоне скоростей энергия отдается в контактную

сеть импульсами по цепи: якорь 21 тягового двигателя - диод 6 - индуктивный дроссель входного фильтра 17 - (-Ь) источника питания - (-) источника питания - диод 7 - контактор 20 - датчик 25 - якорь 21 тягового двигателя.

Контур возбуждения состоит из возбудителя 11, датчика 26, обмотки 22 возбуждения. Контур короткого замыкания якоря двигателя состоит из преобразователя 1, кон0 тактора 20, датчика 25, якоря 21.

Скачкообразное уменьщение напряжения сети в процессе рекуперативного торможения при независимом возбуждении тяговых двигателей может привести к броску тока двигателей и аварийному срыву преобразова теля.

В квазиустановивщемся режиме импульсного рекуперативного торможения справедливо выражение

Е U(l-Л,) -f , 0 где Е - ЭДС вращения двигателя; и - питающее напряжение; 1,р - среднее значение тормозного тока; RP - активное сопротивление контура

рекуперации;

Яо - значение коэффициента заполне ния преобразователя.

Провал напряжения контактной сети (-лО) вызывает бросок тока рекуперации (л1т) прн неизменных значениях Е и

Е (U + AU) (1 -АО) + (1т-ЬА1т) Rp, 0 где л Ц л1т - приращения напряжения контактной сети и тормозного тока.

Вследствие больщой инерционности тока возбуждения и магнитного потока двигателя Е мгновенно изменяться не может, поэтому 5 локализовать переходный режим можно только изменением коэффициента заполнения преобразователя

E.(U-uU) 1(я„-дЯ) +1тНр, где л Я -приращение коэффициента заполнения преобразователя. С целью восстановления защитных функций преобразователя одновременно с изменением А до величины (А,-1-д;1) в переходном режиме уменьщается ток возбуждения, а значит, и ЭДС вращения на величину 5 (-ДЕ). Процесс локализации и восстановления защитных функций заканчивается условием

Е-дЕ (U-ди) (1-До) + 1тНр, гдедЕ - приращение ЭДС вращения, те. ЭДС вращения уменьщится на величину, 0 равную uU(l-АО), при этом коэффициент заполнения вновь принимает значение АО и сохраняется исходное условие .

В зоне высоких скоростей выполняется - описанный алгоритм, в квазистационарном режиме Jig поддерживается постоянным и регулирование по мере уменьшения скорости осуществляется током возбуждения. При

выходе на полное поле происходит переключение режимов. Ток возбуждения остается постоянным и дальнейшее регулирование осуществляется увеличением Д. Этот диапазон скоростей уже не является опасным при провале напряжения, так как А всегда больше Л и система сама себя заш,итит изменением А . Для того,чтобы осуш,ествить быстродействующую защиту преобразователя при провале напряжения сети в зоне скоростей выще критической, контролируют разность значений напряжения сети и ЭДС вращения тяговых двигателей. Определение текущих значений напряжения сети и ЭДС вращения тягового двигателя осуществляется с помощью датчиков 24 и 27. Измерение разности этих текущих значений осуществляется сумматором 33. Величина этой разности задается на вход сумматора 33, где текущая разность сравнивается с заданной и сигнал рассогласования 11одается через элемент 36 на вход блока 34 и далее после коррекции в блоке 34 на вход элемента. 31, который осуществляет временную задержку управляющих импульсов, поступающих на амплитудный тиристор 13, по отношению к управляющим сигналам, поступающим на перезарядный тиристор 12, тем самым регулируется коэффициент заполнения возбудителя 11 и поддерживается разность напряжения сети и ЭДС вращения постоянной.

Одновременно уменьшается коэффициент заполнения преобразователя 1, что, в свою очередь, делает воэ можным с очень высоким быстродействием исключить бросок тормозного тока при провале напряжения и избежать аварийного опрокидывания преобразователя.

Величина разности напряжения сети и ЭДС вращения выбирается такой, чтобы при технологическом скачке напряжения сети преобразователь изменением своего коэффициента заполнения имел возможность компенсировать этот скачок. При определенном соотношении входных напряжений на сумSiarope осуществляют запрет на управление: тиристорным преобразователем напряжения. Причиной этого нарушения может служить уменьшение напряжения контактной сети ниже предельного уровня, определяемого работоспособностью системы.

Блоки 34 и 37 осуществляют дополнительную коррекцию сигнала, поступающего от сумматора 33 через элемент 36, и функции разности значений текущего и отстающего

по времени напряжения сети, что повышает быстродействие устройства.

По мере снижения скорости возбуждение тягового двигателя усиливается к при достижении равенства тока якоря и возбуждения осуществляют отключение канала управления возбудителем по текущей разности значений напряжения сети и ЭДС вращения и подключают канал управления по току возбуждения.

Измерение токов якоря и возбуждения

0 осуществляется датчиками 25 и 26, а их сравнение - блоком 35. Подключение и отключение каналов осуществляется с помощью блока 36. Величину и знак скорости изменения выходного тока осуществляют с помощью элементов 25 и 23.

При определенной величине выходного сигнала датчика 25 снимают импульсы управления преобразователем и формируют сигнал на замещение рекуперативного тор можения.

При конструировании системы, реализуюилей предлагаемый способ, используют типовые элементы.

Технико-экономическим преимуществом предлагаемого способа является увеличение надежности рекуперативного торможения.

5 Предлагаемый способ двухканального регулирования, поддерживающего заданную разность между напряжением сети и ЭДС вращения двигателей, а также заданный тормозной ток соответственно при управлении возбудителем и преобразователем, обес0 печивает устойчивость и быстродействие системы при рекуперативном торможении;

СПОСОБ ЗАЩИТЫ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, содержащего основной, коммутирующий, перезарядный тиристоры и тиристорный возбудитель, заключающийся в том, что контролируют величину и знак скорости изменения выходного тока, подают импульсы управления на коммутирующий тиристор с временной задержкой по отношению к импульсам управления, перезарядным тиристором в зависимости от параметров выходного тока, контролируют разность значений текущего и отстающего по времени напряжения сети и регулируют коэффициент заполнения преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в режиме рекуперативного торможения при независимом возбуждении тяговых двигателей, измеряют величину напряжения контактной сети и ЭДС вращения тяговых двигателей, контролируют разность значений напряжения сети и ЭДС вращения тяговых двигателей, полученный сигнал сравнивают с заданным сигналом, полученный в результате сравнения сигнал суммируют с сигналом, равным разности значений текущего.и отстающего по времени напряжения сети, после этого регулируют коэффициент заполнения тиристорного возбудителя так, чтобы текущая разность значений напряжения сети и ЭДС вращения оставалась постоянной, одновременно контролируют величину тока возбуждения и при его равенстве с выходным током формируют сигнал на отключение канала управления возбудителем по текущей разности значений напряжения сети и ЭДС вращения и одновременно формируют сигнал на подключение канала управления тиристорным возбудителем по току возбуждения, при определенной величине выходного тока осуществляют запрет на управление тиристорным преобразователем напряжения и формируют сигнал на за мещение рекуперативного торможения. сд со t Од

Л

i

№

(-n)

tR