Устройство для релейного управления тиристорным преобразователем тягового электропривода постоянного тока,подключенным к питающей сети через входной фильтр Советский патент 1985 года по МПК B60L15/04 

Изобретение относится к транспорту, в частности к устройствам для управления тиристорными преобразователями тяговых электроприводов постоянного тока, питающихся от контактной сети через входной фильтр.

Цель изобретения - снижение потерь мощности в двигателе и уменьщение габаритов фильтра.

На фиг. представлена блок-схема предлагаемого устройства для двухфазного тиристорного преобразователя (с каналом управления первой фазой преобразователя); на фиг. 2 - то же, с каналом управления второй фазой преобразователя; на фиг. 3 - временные диаграммы токов и напряжений в элементах устройства, характеризующие его работу.

Устройство содержит по числу фаз преобразователя 1 формирователи 2 блокированных и формирователи 3 задержанных импульсов, подключенные входами к генератору 4 тактовых импульсов, а выходами к входам блоков 5 переключений. Импульсные преобразователи 6 тока подключены выходами к входам блоков 7 сравнения и блоков 8 инверсий. Второй вход блоков 7 сравнения подключен к источнику 9 эталонного напряжения. Один из выходов блоков 7 сравнения подключен к второму входу блоков 8 инверсий, а выход последних и второй выход блоков 7 подключены к третьему и четвертому входам блоков 5 переключений. Выход формирователей 2 подключен к одному из входов элементов И 10, другой вход которых подключен к командоаппарату 11 «Пуск. Выход элементов И 10 соединен с одним из входов других элементов И 12, которые своими выходами подключены к одному из входов элементов ИЛИ 13. Другой вход элементов ИЛИ подключен к первому выходу блоков 5 переключений, а к второму выходу блоков 5 подключен вход триггеров 14, другой вход которых подключен к выходу элементов ИЛИ 13. Выходы триггеров 14 подключены через формирователи 15 отпирающих импульсов, формирователи 16 запирающих импульсов и усилители 17-19 к входам тиристорного преобразователя 1 и непосредственно к входам блоков 20 измерения коэффициента заполнения тиристорного преобразователя. Другие входы блоков 20 соединены с выходом формирователя 3 задержанных импульсов, выходами триггеров 21 и входом вторых элементов И 12. Выходы блока 20 соединены -с пятым и щестым входами блока 5 переключений. Входы триггеров 21 соединены с выходом блоков 8 инверсий и командоаппаратом 22 «Сброс. Блоки 20 измерения коэффициента заполнения тиристорного рреобразователя выполнены на интеграторах 23 и 24, соединенных выходами соотвётственно с входами компараторов 25 и 26, к другим входам которых подключены источники 27 и 28 эталонных напряжений (показано только для канала управления первой

фазой преобразовате.тя). Выход компараторов 25 соединен с одним из входов третьих элементов И 29,, выходы которых и выходы компараторов 26 подключены к входам триггеров 30. Выходы триггеров 30 соединены с входами соответственно элементов И 31 и 32, выходы которых подключены к входам триггеров 33. Раздельные выходы триггеров 33 соединены через ключев-ые элементы 34 и 35 с входами компараторов 25 и 26. Выход ключевых

элементов 36 подключен к входу компараторов 26. Входы интеграторов 23 и 24, элементов И 29, 31 и 32 и ключевых элементов 36 являются входами блоков 20, а выходы триггеров 33 - выходами блоков 20. Тиристорный преобразователь 1 состоит

из главных тиристоров 37 и 38 и вспомогательных тиристоров 39-42, включенных по мостовой схеме. С вспомогательными диодами соединен коммутирующий конденсатор 43. Последовательно с главными тиристорами включены дроссели 44 и .45. Преобразователь включает обратные диоды 46 и 47 и дроссели 48 и 49. К выходу преобразователя подключен тяговый двигатель 50. Вход преобразователя через фильтр из дросселя 51 и конденсатора 52 подключен

к источнику 53 питания, например к контактной сети. Управляющие электроды тиристоров 38, 39 и 42 являются управляющими входами преобразователя 1 одной фазы, а управляющие электроды тиристоров 37, 40 и 41 у второй фазы. В щ.ель главных

тиристоров первой и второй фазы включены датчики 54 и 55 токов соответствующих фаз, к которым подключены импульсные преобразователи 6 токов.

На временных диаграммах (фиг. 3)

показаны кривые а - напряжение генератора 4 тактовых импульсов; б, в, - напряжения на выходе формирователей 2 и 3 первого канала; г, д - напряжения на выходе формирователей 2 и 3 второго канала; е - напряжение на выходе командоаппарата «Сброс ; ж - напряжение на выходе командоаппарата «Пуск ; з, и - напряжения на выходах триггера 14 первого канала управления; к, л - напряжения на выходах триггера 14 второго канала; м, н - напряжения на выходах формирователей 16 и 15 первого канала; о, п - напряжения на выходах формирователей 16 и 15 второго канала; р - напряжение на входе триггера 14 первого канала; с - напряжение на входе триггера 14 второго канала; г - напряжение на выходе триггера 21 первого канала; у - напряжение на выходе триггера 21 второго канала; ф - напряжение на коммутирующем конденсаторе 43; х - ток первой фазы тиристорного преобразователя 1, ц - ток второй фазы тиристорного преобразователя I, Устройство работает следующим образом. Блок 5 переключений, алгоритм работы которого определяется выходными напряжениями блока 20 измерения коэффициента заполнения тиристорного преобразователя, обеспечивает поступление на тиристорный преобразователь 1 импульсов отпирания и запирания таким образом, что регулируемый ток достигает уровня тока установки по более крутым yqacTkaM его нарастания (при относительной продолжительности включения фаз преобразователя У45) или спада- (пр.0,5), чем объясняется принципиальная возможность увеличения частоты регулирования при ее постоянстве в отдельных фазах преобразования. Алгоритм работы блока 5 переключений следующий: при ,5 на главные тиристоры преобразователя поступают отпирающие задержанные импульсы с частотой генератора 4, а на вспомогательные тиристоры импульсы запирания, формируемые релейным способом блока 8 инверсии; при ,5 на главные тиристоры поступают отпирающие импульсы, формируемые релейным способом блоком 7 сравнения, а на вспомогательные тиристоры - задержанные импульсы. Команды «Сброс и «Пуск поступают в устройство с пульта мащиниста электропоезда. В исходном состоянии импульсы напряжения (кривая а, фиг. 3), с первого выхода и в противофазе с второго выхода генератора 4 (фиг. 2) поступают на входы формирователей 2 и 3, блокировочных и задержанных импульсов, соответственно формируют напряжения в первом канале управления (кривые 5 а) и во втором (кривые г,д фиг. 3). При отсутствии тока на фазах преобразователя (фиг. 1) преобразователи 6 тока генерируют переменные напряжения прямоугольной формы с начальными .частотами, которые поступают на входы блоков 7 сравнения. Результаты сравнения эталонного напряжения Uji , соответствующего величине тока уставки и пилообразных напряжений, амплитуда которых обратно пропорциональна частоте следования импульсов с преобразователей 6 тока, поступают на входы блоков 8 инверсий и блоков 5 переключений (фиг. 1). Наличие импульсов с блоков 7 сравнения исключает появление их на выходах блоков 8 инверсий. Таким образом, в исходном состоянии на блоки 5 переключения поступают задержанные импульсы напряжений (кривые г,3, фиг. 3), блокировочные импульсы напряжений (кривые б,в) и сигналы напряжения с выходов блоков 20 измерения коэффициента заполнения, которые устанавливаются в исходное положение командой «Сброс напряжения (кривая е, фиг. 3), которая также устанавливает в исходное состояние дополнительные триггеры 21 обоих каналов-(фиг. 1). При этом с прямых выходов дополнительных триггеров 21 сигналы напряжения, соответствующие уровню логического нуля, поступают через элементы И 29 на сбросовые выходы триггеров 30 блока 20, устанавливая их в исходное состояние. Сигналы напряжения с инверсных выходов триггеров 30, соответствующие уровню логической «1 пропускают задержанные импульсы напряжения (кривые г, д} через элементы И 31 на сбросовые входы триггеров 33 блока 20, устанавливая их в исходное состояние для работы устройства с коэффициентом заполнения тиристорного преобразователя З40,5. Сигналы напряжений с прямых и инверсных выходов триггеров 33 блоков 20 равные, соответственно, логическому «О и логической «1, поступая на входы блоков 5 переключений пропускают через них на сбросовые входы триггеров 14 задержанные импульсы напряжений (кривые г, д, фиг. 3). Триггеры 14 устанавливаются в одно устойчивое состояние согласно алгоритму работы блоков 5 переключений при Т 0,5. Кроме того; прямые и инверсные выходы триггеров 33 соответственно через ключевые элементы 34 и 35 соединены с входами компараторов 25 и 26, устанавливая тем самым на нулевом уровне входы компараторов 25 и не оказывая влияния на входы компараторов 25 при Т4.0,5. С инверсных выходов триггеров 21 сигналы напряжения, соответствующие уровню логической «1, через ключевые элементы 36 устанавливают выходные напряжения интеграторов 24 блоков 20 на нулевом уровне, исключая срабатывание компараторов 26 в исходном состоянии. При этом на установочные входы триггеров 14 могут проходить импульсы напряжения, формируемые каналами управления по релейному принципу на запирание преобразователя, т.е.-блоками 8 инверсий при достижении регулируемыми токами фаз преобразователя уровня тока уставки. В исходном состоянии до появления первого импульса, сформированного по релейному принципу на запирание тиристорного преобразователя 1, на установочные входы триггеров 14 (фиг. 1) проходят импульсы напряжения (кривые б, в) с формирователей 2 блокировочных импульсов по цепям из элементов И 10 и 12 и элементов ИЛИ 13 при наличии на входе «Пуск устройства сигнала напряжения, соответствующего уровню логической «1.

При появлении на входе «Сброс устройства в момент времени t2 сигнала напряжения (кривая е), соответствующего уровню логической «1 триггеры 21 (фиг. 1) находятся в состоянии ожидания импульсов запирания напряжений (кривые с, т). При появлении на входе «Пуск устройства сигнала напряжения (кривая ж), например, момент времени, соответствующего уровню логической «1, блокировочные импульсы напряжений (кривые б, в) проходят через элементы И 10 и 12,элементы ИЛИ 13, на установочные входы триггеров 14, устанавливая их в другое устойчивое состояние (фиг. 1).

Отрицательными перепадами напряжения (кривые и, л) с инверсных выходов триггеров 14 запускаются формирователи 16 импульсов запирания (фиг. 2). Импульсы напряжений (кривые н, р) с выходов формирователей 16 имрульсов запирания поступают через параллельно включенные усилители 18 и 19 на управляющие электроды вспомогательных тиристоров 39-42 (фи-г. 1). Конденсатор 43 преобразователя 1 при этом заряжается напряжением контактной сети плюсом на правой обкладке, поскольку импульсы (кривая м) запирания с первого канала управления поступают на управляющие электроды вспомогательных тиристоров 42 и 39 первыми в соответствии с моментом времени t j поступления команды «Пуск. Задержанный импульс напряжения поступает на сбросовый вход триггера 14, устанавливая его в первоначальное состояние. Отрицательным перепадом напряжения (кривые з, р) прямого выхода триггера 14 запускается формирователь 15 импульсов отпирания тиристорного преобразователя 1. Импульс напряжения (кривая н) с выхода формирователя 15 импульсов отпирания первого канала управления через усилитель 17 отпирает главный тиристор 38 (фиг. I), ток i в первой фазе преобразователя нарастает (кривая ы,фиг. 3). Импульс напряжения (кривая о) отпирает тцристоры 40 и 41 (фиг. 1), перезаряжает конденсатор 43 напряжения контактной сети с минусом на правой обкладке. Задержанный импульс напряжения (кривая д) поступает на сбросовый вход триггера 14, устанавливая его в первоначальное состояние. Отрицательным перепадом напряжения (кривая к) с прямого выхода триггера 14 запускается формирователь 15 импульсов отпирания тиристорного преобразователя. Импульсы напряжений (кривая /г) отпирания второго канала управления отпирают главный тиристор 37 (фиг. 1). Ток z во второй фазе преобразователя 1 начинает нарастать (кривая ц, фиг. 3).

Следующий импульс напряжения (кривая м отпирает тиристоры 42 и 39. Конденсатор 43 перезаряжается до напряжения контактной сети с плюсом на правой обкладке, главный тиристор 38 запирается, ток i спадает (кривая ц фиг. 3). По

окончанию перезарядки конденсатора 43 задержанный импульс напряжения (кривая г) поступает на сбросовый вход триггера 14, устанавливая его в другое устойчивое состояние. Отрицательным перепадом напряжения (кривая з) с прямого выхода триггера 14 (фиг. 2) запускается формирователь 15 импульсов отпирания. Импульс напряжения (кривая н) отпирает главный тиристор 38 и ток ij (кривая х, фиг. 3) вновь нарастает.

5 С приходом очередного ммпульса напряжения (кривая о) конденсатор 43 перезаряжается до напряжения контактной сети с минусом в правой обкладке, главный тиристор 37 второй фазы преобразователя запирается, ток i, спадает (кривая и ,

фиг. 3). Затем задержанный импульс напряжения (криваяуй) второго канала вновь отпирает тиристор 37, ток якоря второй фазы преобразователя вновь нарастает.

Выщеописанный процесс повторяется

5 до выхода тока, протекающего по фазе преобразователя, в которой главный тиристор был открыт первым, на уровень тока уставки.

В рассматриваемом случае ток первой фазы ii достигает уровня тока уставки первым в момент времени t4 (кривая х, фиг. 3), блок 7 сравнения второго канала управления прекращает генерировать импульсы, блок 8 инверсий выдает импульсы напряжения (кривая р), которые проходят через блок 5 переключений и эле.мент ИЛИ 13

на установочный вход триггера 14 второго канала управления, перебрасывают триггер 14 в другое устойчивое состояние. Отрицательным перепадом напряжения (кривая и) с инверсного выхода триггера 14

0 запускается формирователь 16 импульсов запирания тиристорного преобразователя 1. Одновременно импульсы напряжения (кривая р) с выхода блока 8 инверсий поступают на установочный вход дополнительного триггера 21 второго канала управления

(фиг. 1), перебрасывая его в противоположное состояние, напряжение (кривая г) с инверсного выхода которого, соответствующее уровню логического «О, запрещает прохождение блокировочных импульсов (криQ вая б) на установочный вход триггера 14 второго канала управления и не удерживает в нулевом уровне вход компаратора 26 через ключевой элемент 36.

Импульс напряжения (кривая м) с вы5 хода формирователя 16 импульсов запирания отпирает вспомогательные тиристоры 39 и 42 (фиг. 1). Конденсатор 43 перезаряжается до напряжения контактной сети с

плюсом на правой обкладке (кривая ф, фиг. 3). Главный тиристор 38 запирается, ток ii спадает (кривая л; фиг. 3).

С приходом задержанного импульса напряжения (кривая г) главный тиристор 38 отпирается, ток i.; в первой фазе преобразователя нарастает (кривая х, фиг. 3).

При достижении током второй фазы преобразователя уровня тока уставки в момент времени (кривая ц, фиг. 3), второй канал управления аналогично первому формирует импульс запирания напряжения (кривая о, фиг. 3). Импульсы напряжения с выхода блока 8 инверсий также перебрасывают дополнительный триггер 21 в противоположное состояние, напряжение (кривая (/) с инверсного выхода, соответствующее уровню логического «О, запрещает прохождение блокировочных импульсов (кривая в) на установочный вход триггера 14 второго канала управления и не удерживает на нулевом уровне вход компаратора 26 через ключевой элемент 36. Импульс напряжения (кривая о) отпирает вспомогательные тиристоры 40 и 41 преобразователя 1 (фиг. 1). Конденсатор 43 перезаряжается до напряжения контактной сети с минусом на правой обкладке, главный тиристор 37 запирается, ток ig спадает (кривая ц, фиг. 3).

С приходом задержанного импульса напряжения (кривая д) тиристор 37 отпирается, ток ij во второй фазе преобразователя нарастает (кривая ц, фиг. 3).

В устройстве устанавливается периодический электромагнитный процесс. Относительная продолжительность включения главных тиристоров 38 и 37 преобразователя определяется частотой вращения двигателя, а ток i в цепи двигателя 50 равен сумме токов i, i в фазах преобразователя 1. Частота пульсаций тока в цепи двигателя 50 и тока, потребляемого электроприводом из контактной сети 53 через входные фильтры 51 и 52, в два раза выше частоты пульсаций тока каждой фазы.

При выходе тока любой фазы преобразователя 1 на уровне тока уставки в другие моменты времени по отношению к началу периодов регулирования может вызвать отличающийся от рассмотренного случая

процесс установления устойчивых периодических колебаний регулируемого тока. Однако процесс пуска двигателя до выхода токов в фазах преобразователя 1 на уровень тока уставки идентичен описанному. По мере разгона двигателя увеличивается относительная продолжительность включения У главных тиристоров 37 и 38 преобразователя и при ,5 в любой фазе преобразователя напряжения на выходе интегратора 24 канала управления этой фазой достигает уровня эталонного напряжения УЭЗ источника 28, поступаюшего на другой вход компаратора 26. Компаратор 26 генерирует импульс напряжения, который поступает на установочный вход триггера 30 (фиг. 1). Триггер 30 устанавливается в другое устойчивое состояние и сигналом напряжения с прямого выхода, соответствующего уровню логической единицы, пропускает задержанные импульсы напряжения (кривые г. д) через элемент И 32 на установочный вход триггера 33 (фиг. 1). Другое устойчивое состояние триггера 33 с логическим «О на инверсном выходе и с логической «1 на прямом выходе соответствует алгоритму работы блока 5 переключений канала управления при ,5. При этом вход компаратора 26 устанавливается на нулевом уровне через ключевой элемент 35, а ключевой элемент 34 не оказывает влияния на вход компаратора 25.

Изменение алгоритма поступления импульсов с блоков 5 переключений на входы триггеров 14 при относительной продолжительности включения главных тиристоров больше 0,5 обеспечивает управление главными тиристорами 37 и 38 импульсами, формируемыми по релейному принципу, а управление вспомогательными тиристорами 39-42 - задержанными импульсами постоянной частоты. При набросках напряжения контактной сети или уменьшении нагрузки относительная продолжительность включения главных тиристоров 37 и 38 уменьшается, компаратор 25 срабатывает при Т 0,5 имполнительный триггер 33 устанавливается в исходное состояние и данная фаза преобразователя работает с алгоритмом соответствующим f.0,5.

SL

JL

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЛЕЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЙРЙСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА, ПОДКЛЮЧЕННЫМ К ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ ЧЕРЕЗ ВХОДНОЙ ФИЛЬТР, содержащее по числу фаз преобразователя формирователи блокировочных и задержанных импульсов, соединенных входами с генератором тактовых импульсов, a выходами соответственно с первым и вторым входами блока переключений, импульсный преобразователь тока, соединенный входом с датчиком тока, a выходом - с одним из входов блока сравнения, соединенного вторым входом с источником эталонного напряжения и одним из входов блока инверсий, выход которого подключен к третьему входу блока переключений, a второй вход - к выходу блока сравнения, подключенным другим выходом к четвертому входу, блока переключений, выходы которого связаны с входа.ми триггера, соединенного раздельными выходами с управляющими электродами главных и перезарядных тиристоров фазы преобразователя через соответствующие формирователи отпирающих и запирающих импульсов и усилители и непосредственно.- с первым и вторым входом блока измерения коэффициента заполнения тиристорного преобразователя, выполненного на интеграторах, входы которых являются входами блока, a выходы соединены с первыми входами компараторов, вторые входы которых подключены к источникам опорного напряжения, a выходы - к входам триггера, раздельные выходы которого связаны с входами другого триггера, раздельные выходы которого являются выходами блока и соединены с пятым и шестым входами блока переключений, отличающееся тем, что, с целью снижения потерь мощности в двигателе и уменьшения габаритов фильтра, оно снабжено командоаппаратами «Пуск и «Сброс, дополнительным триггером, элементами И и ИЛИ и ключевыми элементами, причем один из входов одного из элементов И соединен с выходом формирователя блокирующих импульсов, другой вход - с командоаппаратом «Пуск, a вы ход - с одним из входов другого элемента И, соединенного выходом с входом эле-мента ИЛИ, другой вход которого соединен с одним из выходов блока переключений, a выход - с одним из входов триггера, при этом один из входов дополнительного триггера соединен с выходом блока инверсий, другой вход - с командоаппаратом «Сброс a выходы с другим входом другого элемента И и третьим и четвертым входами СО блока измерения коэффициента заполнения со о to тиристорного преобразователя, пятый вход которого подключен к выходу формирователя задержанных импульсов и является со входом третьего и входом четвертого элементов И, соединяющих выходы первого триггера блока с входами второго триггера, выходы которых через ключевые элементы соединены с входами компараторов, вход одного из которых соединен с выходом третьего ключевого элемента, вход которого является четвертым входом блока измерения коэффициента заполнения, a выход другого компаратора соединен с входом триггера пятым элементом И, другой вход которого является третьим входом блока измерения коэффициента заполнения тиристорного преобразователя.

/

г