Устройство управления статическим преобразователем частоты Советский патент 1985 года по МПК H02M5/45 

версных цепей, выходы которых соединены с входами третьей и четвертой дифференцирующих цепей, выходы каждой из дифференцирующих цепей соединены с входами цепей нестабильности, выходы которых являются вторым выходом распределителя импульсов и соединены с входами первых четьфех усилителей импульсов, которые соединены с первичными обмотками первых четырех разделительных импульсных трансформаторов тиристоров гашения, третью и четвертую логические схемы И, выходы которых являются третьим выходом распределителя импульсов, соединенного двумя входами с выходами

первых логических схем И, а выходы третьей и четвертой логических схем

И соединены через усилители импульсов с первичными обмотками других четырех разделительных импульсных трансформаторов главных тиристоров инвертора, триггер, первый вход которого соединен с выходом цепи запуска и выключения, второй вход триггера соединен с выходом центрального узла защиты , а выход тригге - ра соединен с выходами блокировки усилителей импульсов главньк тиристоров инвертора и является четвертьм выходом рас-., пределителя импульсов.

1. УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ с вьтрямителем, инвертором и катушкой индуктивности с отводом от средней точки, содержащей задающий генератор, распределитель импульсов, генератор управлякнцих импульсов, усилители импульсов главных тиристоров и тиристоров гашения с разделительными импульсными трансформаторами на выходе, центральный, узел защиты, цепь запуска и отключения статистического преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы, первый вход центрального узла защиты соединен с введенным детектором внутреннего короткого замыкания через инвертор, второй вход - с выходом введенного блока защиты при отклонении напряжения от допускаемых пределов, третий - с выходом блока защиты от внешнего короткого замыкания, четвертьи - с выходом блока защиты от постоянной составляющей, а. выход центрального узла защиты соединен с первым входом распределителя импульсов, и с введенной цепью отключения питания и с введенным короткозамыкатепем, который подключен между средней точкой катушки индуктивности и общей точкой выхода выпрямителя и входа, инвертора, а вход цепи.запуска и отключения статического преобразователя соединен с первым выходом распределителя импульсов, выход этой цепи соединен с введенным выключателем нагрузки преобразователя и с вторым входом распределителя импуль- . сов, третий вход распределителя им(/) пульсов соединен с выходом задающего (Генератора, четвертый вход распределителя импульсов - с выходом генератора управляющих импульсов, а другие выходы распределителя импульсов соеди нены с усилителями импульса тиристо,ров гашения, с усилителями импульсов Iглавных тиристоров и с входами- блоки41 ровки усилителей импульсов главных 00 тиристоров. ел 2. Устройство поп.1,отлича- : 00 ю щ е е с я тем, что распределитель | импульсов содержит два делителя частоты, средняя точка которых соединена с входом интегрирующей схемы, выход которой соединен с входом триггера Шмитта, второй вход которого соединен с потенциометром, а выходы триггера и второго делителя частоты соединены с входом первой и второй логических схем И, выходы которых соединены с входом первой и второй дифференцирующих цепей и входами двух ин

Изобретение относится к системам управления статическими преобразователями частоты со звеном постоянного тока, которые преобразуют электрическую энергию переменной частоты первичного источника в электрическую энергию заданной частоты для питания цепей обогрева железнодорожных пассажирских вагонов, а также для обеспечения электрической энергией некоторых вспомогательных установок, таких как оборудование для зарядки аккумуляторных батарей, приводные . двигатели оборудования для кондиционирования воздуха и т.п., составляющих часть оборудования для электрического обогрева поездов.

Известны статические преобразователи частоты, применяемые для электрического обогрева пассажирских поездов в которых предусмотрена электронная защита инвертора

Недостатками таких преобразователей являются сложность конструкции и высокая себестоимость.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство управления преобразователем частоты, содержащее последовательно связанные между собой через катушку индуктивности выпрямитель и инвертор, основные тиристоры и тиристоры гашения, защитные цепочки, а также блок управления, включающий в себя задающий генератор, генератор управляющих импульсов, усилители импульсов главных тиристоров и тиристоров гашения с разделительными импульсными трансформаторами на выходе, центральный узел защиты и цепь запуска и отключения преобразователя з.

Однако известное устройство характеризуется недостаточной надежностью работы.

Цель изобретения - повьшение надежности работы.

Поставленная цель достигается тем что в устройстве управления с вьшря;мителем, инвертором и катушкой индуктивности с отводом от средней точки содержащем задающий генератор, распределитель импульсов, генератор управляющих импульсов, усилители импульсов главных тиристоров и тиристоров Гашения с разделительньми импульсными трансформаторами на выходе, центральный узел защиты, цепь запуска и отключения статического преобразователя, первый вход центрального узла защиты соединен с введенным детектором внутреннего короткого замыкания через инвертор, второй вход - с выходом введенного .€лока защиты при отклонении напряжения от допускаемых пределов, третий - с выходом запщты от внеш него короткого замыкания, четвертый с выходом блока защ11ты от постоянной составляющей, а выход центрального у ла защиты соединен с первым входом распределителя импульсов, с введенной цепью отключения питания и с вве денным короткозамыкателем, который подключен между средней точкой катушки индуктивности и общей точкой выхода выпрямителя и входа инвертора, а вход цепи запуска и отключения статического преобразователя соединен с первым выходом распределителя импульсов, выход этой цепи соединен с введенным выключателем нагрузки преобразователя и с вторым входом распределителя импульсов, третий вход последнего соединен с выходом задающего генератора, четвертый вход - с выходом генератора управляющих импульсов, а другие вьпсо ды распределителя импульсов соединен соответственно с усилителями импульсов тиристоровгашения, с усилителям импульсов главных тиристоров, и с вх дами блокировки усилителей импульсо главных тиристоров. Кроме того, распределитель импуль сов содержит два делителя частоты, средняя точка которых соединена с входом интегрирующей схемы, выход которой соединен с входом триггера Шмитта, второй вход которого соединен с потенциометром,а выходы тригге-t ра и второго делителя частоты соединены с входом первой и второй логических схем И, 9ЫХОДЫ которых соединены с входом первой и второй дифференцирующих цепей и входами двух инверсных цепей, выходы которых соединены с входами третьей и четвертой дифференцируюпщх цепей, выходы каждой из дифференцирующих цепей соединены с входами цепей нестабильности, выходы которых являются вторы выходо распределителя импульсов и соединены с входами первых четырех усилителей импульсов, которые соединены с первичньми обмотками первых четырех разделительных импульсных трансформаторов тиристоров гащения, третью и четвертую логические схемы И, выходы которых являются третьи выходом распределителя импульсов,соединенного двумя входами с выходами первых логических схем И, а выходы третьей и четвертой логических схем 73 И соединены через усилители импульсов с первичными обмотками д)угих четырех разделительных импульсных трансформаторов главных тиристоров инвертора, триггер, первый вход которого соединен с выходом цепи запуска и выключения, второй вход триггера соединен с выходом центрального узла защиты, а выход триггера соединен с входами блокировки усилителей импульсов главных тиристоров инвертора и является четвертым выходом распределителя импульсов. На фиг. 1 представлена блок-схема статического преобразователя частоты с постоянньм входным напряжением инвертора постоянного тока; на фиг, 2 принципиальная схема инвертора; на фиг, 3 - блок-схема электронной схемы запщты и управления; на фиг. 4 блок-схема устройства управления статическим преобразователем; на фиг. 5диаграмма импульсов. Статический преобразователь частоты (фиг. 1) с промежуточной цепью постоянного тока состоит из двухполупериодного трехфазного мостового диодного выпрямителя 1, инвертора 2 с принудительной коммутацией тиристоров, выключателя 3 источника питания, выключателя 4 нагрузки, трансформатора 5 тока, защитного трансформатора 6 тока, трансформатора 7 напряжения, блока 8 автоматики и управления, фильтрующей катушки индуктивности 9 с отводом от средней точки, фильтрующего конденсатора 10, защитного короткозамыкателя 11, ограничивающей ток нагрузки катущки 12 индуктивности, рекуперационного диода 13, ограничительного резистора 14, буферного конденсатора 15, блока 16 для обнаружения смены полярности напряжения промежуточной цепи. Статический преобразователь частоты питается энергией от синхронного генератора оборудования отопления, который обеспечивает трехфазную систему напряжений переменной частоты в зависимости от числа оборотов приводного дизельного двигателя этого генератора, причем величина напряжения стабилизируется на заданном уровне. Напряжение подается посредством выключателя 3. Выходное постоянное напряжение в выпрямителе преобразователя 1 имеет постоянную величину независимо от того, какой будет частота напряжения генератора. Фильтр типа индукти ность - емкость 9, 10 обеспечивает кроме непрерывной регулировки также отсоединение инвертора в случае поя ления отказа в системе. Исключение перенапряжения зарядк фильтрующего конденсатора обеспечивается блоком защиты, образуемьм ди одом 13 и RC-элементами 14 и 15. В случае появления неисправности в инверторе или в нагрузке приводится в действие короткозамыкатель 11, ко торый снимает напряжение источника питания на клеммах инвертора в течение времени вплоть до 4 мс, подавая команду снятия возбуждения гене ратора и отключения статического преобразователя частоты. Инвертор, 2 питаея ся постоянным напряжением постоянного тока и обес печивает на своем выходе однофазное переменное напряжение прямоугольной формы неизменной величины и постоянной частоты. Блок 8 управ- ления и автоматики обеспечивает посредством своей электронной аппаратуры управления импульсы, необходимые для работы инвертора с выбранной частотой, на него поступает информация о напряжении с трансформатора 7 и информация о выходном токе от трансформатора 6 для защиты по напряжению и от внешнего ко роткого замь1кания,а также команда об изменении полярности напряжения в промежуточной схеме постоянного тока от блока 16 для защиты от внут ренних коротких замыканий в инверторе. Этот блок обеспечивает подключение и отключение преобразователя приведением в действие выключателей 3 и 4 при пуске или требуемой последовательности отключения с ответственно шш при отключении ввиду неисправности в системе. Выходной ток инвертора измеряется посредством трансформатора 5 тока. Данный инвертор вьшолняется по варианту с принудительной (искусственной) коммутацией, которая обес печивается вспомогательными гасящими тиристорами, и кондесаторами схемы гашения. Гашение главных тиристоров 17-20 (фиг. 2), которые в данный момент находятся в проводящем состоянии, достигается снятием тока, идущего 73 через главные тиристоры, одновременно с подачей блокирующего напряжения к их клеммам. Нагрузка инвертора подключается к средним точкам моста, образуемого главными тиристорами 17, 20, 18 и 19. Пусть тиристоры 17 и 20 деблокируются одновременно, что определит протекание тока нагрузки в течение этого полупериода. В момент времени, когда деблокир5тотся тиристоры 17 и 20, обеспечивается заряд гасящих конденсаторов 21-24 посредством вспомогательных тиристоров 25-28 , на которые приходит от вентиля импульс управления. Эти конденсаторы заряжаются в колебательных контурах, которые образуют элементы 17, 26, 29, 22 и 20, 27, 30 и 23. Гасящие конденсаторы 22 и 23 готовятся для гашения главных тиристоров 17 и 20, в момент прихода команды отггрфают вспомогательные тиристоры 25 и 28j ввиду заряда конденсаторов начинается колебательный процесс для прекращения проводимости главных тиристоров 17 и 20. Разрядные токи конденсаторов замыкаются в упомянутых выше цепях. В процессе коммутации колебательного контура обеспечивается протекание тока нагрузки пик разрядного тока замыкается диодами 31 и 32, включенными параллельно тиристорам прямое падение напряжения на тиристорах подается в качестве запирающего напряжения к клеммам главньк тиристоров 17 и 20 после окончания периода коммутации производится отпирание главных тиристоров 18 и 19 и одновременно гасящих тиристоров 25 и 28. В течение другого полупериода нагрузка подключается через главные тиристоры 18 и 19, причем одновременно обеспечивается заряд гасящих конденсаторов при соответствующей полярности в цепях, аналогичных указанным ранее. Таким образом подготавливается работа гасящей схемы с целью управляемого гашения главных тиристоров 18 и 19. При реактивной нагрузке когда гасятся главные тиристоры 17 и 20 (18 и 19), реактивный ток нагрузки принимается рекуперативными диодами 31 и 32 (33 и 34), которые пропускают электрический ток в течение вреегги, пропорциояального пЕЛичине оэффициента мощности нахрузки. i Электронная схема управления инвертора (фиг. 3) содержит две части: информационную и усилительноразвязывающую, и обеспечивает коммутацию его главных тиристоров с вынужденной частотой. Рабочая частота инвертора задается генератором 35 тактовых импульсов, который вырабатывает прямоугольные импульсы вынужденной частоты (фиг. 5а). Трйггерная схема 36 с двумя устойчивыми состояниями делит на два частоту импульсов генератора 35 и достигает постоянного коэффициента заполнения 1/2 (фиг. 5,6). Трйггерная 37 схема с двумя устойчивыми состояниями вновь делит на два частоту, генерируемую схемой 36 (фиг. 5с). Прямоугольные импульсы на выходе схемы 36 интегрируются интегрирующей схемой 38, которая формирует напряжение треугольной формы с пиковыми защитными импульсами (фиг. подаваемое на вход компаратора, собранного по схеме триггера ВЫитта 39, вместе с сигналом изменяемого напряжения от потенциометра 40. На выходе компаратора 39 получаются импульсы, разделяемые паузами, длительность которых определяется уровнем напряжения постоянного тока с потенциометра 40 (фиг. ) . Эти импульсы подают на вход первой 41 и второй 42 логических схем вместе с сигналами от триггера 37. На выходе логических cxeiM 41 и 42, которые являются схемами совпадения И, получаются импульсы (фиг. 5,f и g), которые имеют длительность, равную по лупериоду, и частоту, равную рабочей

частоте инвертора.

Эти полупериодные импульсы дифференцируются первой 43 и второй 44 дифференцирующими цепями, в результате получаются короткие продифференцированные импульсы, сфазированные с началом полупериодных импульсов (фиг. 5 h,i).

Инвертирование зтих импульсов осуществляется логическими схемами НЕ 45 и 46, их выходной сигнал дифференцируется третьей 47 и четвертой 48 дифференцирующими цепями. На выходе этих дифференцирующих цепей получаются короткие импульсы, сфазированные с концом полупериодных импульсов (фиг. 5J и к). 1

Все импульсы управления главных тиристоров 17-20 могут блокироваться сигналом постоянного напряжения соответствующей полярности, подаваемым от триггерной 72 схемы с двумя устойчивыми состояниями, которая управляется схемой ИЛИ 73. Схема ИЛИ 73 управляется по вход определяя таким образом блокирование импульсов управления главными тиристорами от следующих блоков за1ЦИТЫ. Блок 74 задержки при пуске, который управляет пятой логической схемой 75 и блокирует импульсы начиная с момента подключения источников питания электронных схем и до определенного момента после истечения времени задержки, задавае738 . Полученные продифференцированные импульсы подаются к схемам 49-52 с одним устойчивым состоянием, которые создают импульсы неизменной длительности, усиливаемые затем первым - четвертым импульсными усилителями 53-56, которые питают первичные обмотки первого-четвертого импульсных трансформаторов 57-60. Во вторичных обмотках этих трансформаторов получают импульсы управления для гасящих тиристоров. К входам триггерных схем Шмитта 61 и 62 подают импульсы с частотой 500 Гц, генерируемые автоколебательной схемой 63, которые передаются к выходам дв5гх схем ИЬштта 61 и 62 только во время существования полупериодного сигнала (фиг. и т). №шульсы на выходе схем 61 и 62 являются противоположными по фазе и подаются на вход пятого - восьмого импульсных усилителей 64-67, которые питают пятый - восьмой импульсные трансформаторы 68-71. Вторичные обмотки пятого и шестого трансформаторов 68 и 69 соединены попарно и предназначены дпя управления главными тиристорами 17 и 20 в диагонали преобразователя с длительностью импульса, равной продолжительности проводимости главных тиристоров. Вторичные обмотки седьмого 70 и восьмого 71 трансформаторов попарно соединены и предназначены для управления главными тиристорами 18 и 19 в другой диагонали преобразователя с длительностью импульса, равной продолжительности состояния проводимости главных тиристоров. МОго началом появления полупериодного импульса. Таким o6pa30Mj после истечения некоторого времени после включения источников питания электрон ных схем обеспечивается одновременное существование импульсов управления главными тиристорами (график i ) и импульса заряда гасящих конденсаторов (фиг. 5JnJ) . Блок 76 защиты от внутреннего короткого замыкания, на вход которого поступает сигнал напряжения с резистивного делителя 16 (фиг, 1). В момент перемены полярности напряжения питания преобразователя в случае, когда образуется внутреннее короткое замыкание, этот блок вырабатывает импульс для управления схемой ИЛИ 73 Блок 77 защиты по напряжению с выхода преобразователя, на вход которого поступает сигнал напряжения от трансформатора 7 (фиг. 1), каторый определяет, находится ли величина напряжения на выходе преобразователя в определенных пределах. Если прейышаются.эти ограничительные величины, то схема 77 управляет схемой ИЛИ 73 и блокирует импульсы главных тиристоров 17-20 а через схему 78 управляет расцеплением переключателя 3 (фиг. 1) после периода времени, составляющего примерно 3с. Кнопка 79 остановки приводится в действие, когда задается последовательность выключения преобразователя, которая состоит в блокировании главных импульсов через схему ИЛИ 73 и триггер 72 и в управлении схемой 78 для рассоединения выключателя 3 (фиг. 1). Блок 80 защиты от постоянной составляющей в выходном напряжении пре.образователя, на вход которого поступает выходное напряжение преобразователя 2. Если при разнице между положительными и отрицательными полупериодами выходного напряжения, которая превышает величину, определяемую с заданной точностью, блок 80 защиты генерирует сигнал напряжения после заданного периода времени, и подаются команды блокирования главных импульсов, а также отключения преобразователя. Защита преобразователя о.т внешнего короткого за1 в 1кания достигается блоком 81 заащты от внешнего короткого замыкания, который управляется трансформатором тока 6 (фиг. 1). Если ток нагрузки превышает максимальную заданную величину, то схема 81 генерирует сигнал напряжения, который управляет схемой 82 управления короткозамыкателя 11 (фиг. 1) и сигнальной схемой 83. Рабочая частота преобразователя устанавливается переключателем 84 частоты (фиг. 3). Если, переключатель сдвигается от частоты 16 2/3 Гц к частоте 22 Гц во время работы преобразователя, то это означает, что пройдено положение О, импульсы блокируются и отключение преобразователя происходит благодаря схеме ИЛИ 73. Рабочая частота меняется в то время, когда преобразователь не работает. Нагрузка преобразователя подключается при помощи замыкания выключателя 4 (фиг. 1), которьй управляется схемой 85 (фиг. 4). Статический преобразователь часоты со звеном постоянного тока, включающий предлагаемое устройство правления, обладает высокой надежностью вследствие наличия необходиых средств защиты для каждого отельного случая и характеризуется относительно малыми затратами при его изготовлении.

Ч(pU9.2

(pas. 5 L