Способ управления мощностью управляемого вентильного преобразователя Советский патент 1987 года по МПК H02M7/12 

1

Изобретение относится к преобра зовательной технике и предназначено преимущественно для электроподвижно - го состава переменного тока.

Цель изобретения - улучшение вход ного коэффициента мощности управляе- МОРО вентильного преобразователя.

На фиГв показан пример силовой схемы тиристорного. преобразователя; на фиг.2 - система управления преоб - разователем;- на фиг,3 °- диаграммы основных электромагнитных процессов поясняющие работу преобразователя по предлагаемому способу Индексы при функциях указывают, какому элементу схемы фиг si они соответствуют о

Мощность,, поступающая от источника питания на нагрузку через управ ляемый вентильный преобразователь, регулируется путем изменения фазы от° гшрания соответствующих тиристоров преобразователя в зависимости от трв буемого уровня мощности на нагрузке,, При этом мощность от источника пита ния к нагрузке идет двумя потокамиj огерации над которыми отличаются в пе1эиоды коммутации тока, потребляемого из источника. Направление тока

образующего первый поток, изменяется, ЗО пряжения, датчик 24 наггрялсения на

в момент изменения полярности питаю щего напряжения (тово с опережением по отношению к моменту естественной комЬ Гутацни) о Коммутация тока обра зующего второй поток мощности, начинается с задержкой по отношению к моменту смены полярности питающего напряжения. Это объясняется тем, что для отпирания очередных вентилей необходимо, чтобы напряжение, прикла - дываемое к ним, достигло определен ной величины. Кроме того,собственно коммутация (продолжительность которо определяется индуктивностью контура коммутации, т,е, индуктивностью сило вого трансформатора и ТоП,} еще боль ше сдвигает входной ток этого потока в сторону отставания от подводимого напряжения. Таким образом, этот ток, коммутируемый естественным образом, отстает по фазе от тока первого потока.

Предлагаемый способ предполагает несколько вариантов выделения потоков мощности, поступающих от источника питания через преобразователь на нагрузку: -первьш-. - это питание от одного источника нескольких нагрузок (не менее двух), второй питание

98712

общей нагрузки от секционированного источника (например, трансформатора с секционированной первичной или вто°- ричной обмоткой)о Отсюда вытекает многовариантность схемных решений по предлагаемому способуз При секционирО ванной обмотке трансформатора эти секции могут быть связаны электричес 10 ки, магнитно или тем и другим. собом. Одна из возможных схем приве дена на фиг,1.. Она, содержит силовой трансформаз-ор с одной первичной моткой вторичная обмотка которого

имеет секции 2-4э многозонный выпря мительный мост на тиристорах тяговую электрическую нагрузку 13 коммутирующую емкость 14 и четыре к о тирующих тиристора ,3 Эле менты образуют узел искусствен

ной коммутации (,УИК),

Система управления преобразовате лем содержит (фиГе2) задатчик 9 25 нь регулирования, комментатор 20, за датчик 21 угла регулированияj объект 22 регулированияэ которым является тиристорный преобразователь (.ТП) датчик 23 полярности питающего на™

вторичной стороне трансформаторазэлв мент 25 сравнения, задатчик 26 напря жения отпирания тиристоров, датчик 27 тока емкости3 датчик 28 зремени

перезаряда емкостиj арифметический

блок 29, элемент 30 сравнения, дат чик 31 тока нагрузки, элемент 32 сравнения, датчик 33 тока тиристоров УИК, блок 34 логики, датчик 35 напря --жения на емкости, задатчик 36 напря- жения на емкости, элемент 37 0,3.3° нения t,

Система управления работает csie дующим образом

Уровень мощности, подводимый от источника питания, которым является силовой трансформатор 5 определяется задатчиками 19, 21, которые задают количество питающих тяговую нагрузку

обмоток трансформатора и моменты их включения соответственноS Подключение нагрузки осуществляет по командам коммутатора 20 непосредственно ис- полнительный орган, которым является

ТП (фиГ(1)с Коммутатор 20 по сигналам задатчика 19 и датчика 23 устанавли вает плечи преобразователя, участв то щие в работе в каждый конкретный пе риод временно Датчик 23 определяет

тает ток конденсатора 14, а с вательно, и сигнал с датчика мент 30 сравнения сопоставляе сигнал с величиной сигнала да 31 (он измеряет мгновенное зн тока нагрузки). В момент, когд

станет равным i , илечо 12

полярность текущего полупериода на основании сигнала датчика 24, измеряющего мгновенное значение напряжения на вторичной стороне трансформатора. При этом подача управляющего с импульса на тиристор возмол на лишь после того, как величина прямого напряжения, приложенного к нему, достигнет требуемой величины. Выполнение указанного принципа осуществляется fO задатчиком 26 напряжения отпирания тиристоров и элементом 25 сравнения, сопоставляюишм эту величину с показаниями датчика 24о Элементы 28-37 обеспечивают работу узла искусствен- J5 ной комм тациио

Рассмотрим реализацию предлагаемого способа управления применительно к четвертой зоне регулирования вы- прямпенного напряжения для режима тяги. Полярность заряда емкости 14 показана на фиг, В момент времени t () открыты тиристоры 7, 12в Ток нагрузки i проходит по цепи: секции 3, 4 ° тиристор 12 - нагрузка 13°- тиристор 7 о Подключение к нагрузке следующей секции трансформатора происходит по команде задатчика 215 подающего в момент t.;, импульс, который через коммутатор 20 поступа- ет на тиристор 5,, Начинается коммутация вентилей 5 и 7, приводящая к выключению плеча 1, В результате нагрузка подключается по всей вторичной обмотке силового трансформатора, 35 32 в момент равенства величин

20

25

за ется, а на выходе элемента 30 нения образуется сигнал, котор рез коммутатор 20 отпирает тир 18 (момент t,. на фиг.З), Ток i должает увеличиваться 5 так как дальнейшего перезаряда емкости ся цепь; обмотка 4 - конденсат тиристоры 16, 18. Очевидно, чт i , протекаюпц1Й по обмотке 4 тервале ..,, имеет противопо направление по отноитению к ток щему по обмоткам 2 и 3„ В моме ток тиристора 18 достигает вел

нагрузки, т,ч

1

13

Это о

ет, что равные токи текут по обмоткам в противоположных на лениях. Таким образом, ток в ной обмотке становится равным

Момент окончания реверсиро тока в половине вторичной обм трансформатора i определяетс ментом 32 сравнения, сравнива сигналы датчиков 31 и 33 (посл измеряет ток в той цепи тирис УИК, которая шунтирует силовы чи ТП, - поз, 17j 18 на фиг,1 нал, образующийся на выходе эл

ряемых датчиками 31 и 33 (т,е )5 поступает на логическ 345 который пропускает указан сигнал на соответствутопдий вхо мутатора в том случае, если ность напряжения на емкости и лась по отношению к моменту н перезаряда конденсатор. УИК, контроля этого параметра на в вход блока 34 поступает сигнал датчика 35 напряжения на емко Сигнал с блока 34 поступает н мутатор 20, который формирует управления плечу 11 в момент пирание тиристора 11 запирает что означает завершение проце версирования тока Действи теперь ток нагрузки одновреме идет по двум цепям: первая -

ток нагрузки i проходит по цепи: плечо 5 секции 2, 35 4 - плечо 12- нагрузка 13

Начало искусственной коммутации /ь в текущем полупериоде выбирается с учетом продо,гокительности этого про- .цесса в предшествовавшем полуперио- два Для этого на основании сигнала датчика 27 тока емкости датчик 28 определяет время перезаряда емкости t,, после чего эта величина поступает на арифметический блок 29, деляш;ий ее пополамв Именно блок 29 определяет момент начала изменения направления тока в источнике питания, т,ев его реверсирование, посредством подачи импульса на соответствующий вход коммутатора 20, с выхода которого сигнал управления подается на тиристор

40

45

50

, измеряемых датчиками 31 и 33 (т,е, iig )5 поступает на логический блок 345 который пропускает указанный сигнал на соответствутопдий вход KONP- мутатора в том случае, если полярность напряжения на емкости изменилась по отношению к моменту начала перезаряда конденсатор. УИК, Для контроля этого параметра на второй вход блока 34 поступает сигнал с датчика 35 напряжения на емкости. Сигнал с блока 34 поступает на коммутатор 20, который формирует импуль управления плечу 11 в момент t. Отпирание тиристора 11 запирает 18, что означает завершение процесса реверсирования тока Действительно, теперь ток нагрузки одновременно идет по двум цепям: первая - нагруз-

16в Начинается процесс колебательно- ка 13, тиристор 5, обмотки 2, 3,конго перезаряда емкости 14 по цепи: обмотка 4 - конденсатор 14 - тиристоры 16, 2„ - в ходе которого возрас-

тает ток конденсатора 14, а спедо- вательно, и сигнал с датчика 27.Элемент 30 сравнения сопоставляет этот сигнал с величиной сигнала датчика 31 (он измеряет мгновенное значение тока нагрузки). В момент, когда i

станет равным i , илечо 12

32 в момент равенства величин

н

закрывается, а на выходе элемента 30 сравнения образуется сигнал, который через коммутатор 20 отпирает тиристор 18 (момент t,. на фиг.З), Ток i продолжает увеличиваться 5 так как для дальнейшего перезаряда емкости имеется цепь; обмотка 4 - конденсатор 14- тиристоры 16, 18. Очевидно, что ток i , протекаюпц1Й по обмотке 4 в интервале ..,, имеет противоположное направление по отноитению к току,идущему по обмоткам 2 и 3„ В момент t ток тиристора 18 достигает величины.

32 в момент равенства величин

нагрузки, т,ч

1

13

Это означа32 в момент равенства величин

ет, что равные токи текут по равным обмоткам в противоположных направлениях. Таким образом, ток в первичной обмотке становится равным нулю.

Момент окончания реверсирования тока в половине вторичной обмотки трансформатора i определяется элементом 32 сравнения, сравнивающим сигналы датчиков 31 и 33 (последний измеряет ток в той цепи тиристоров УИК, которая шунтирует силовые плечи ТП, - поз, 17j 18 на фиг,1)а Сигнал, образующийся на выходе элемента

32 в момент равенства величин

, измеряемых датчиками 31 и 33 (т,е, iig )5 поступает на логический блок 345 который пропускает указанный сигнал на соответствутопдий вход KONP- мутатора в том случае, если полярность напряжения на емкости изменилась по отношению к моменту начала перезаряда конденсатор. УИК, Для контроля этого параметра на второй вход блока 34 поступает сигнал с датчика 35 напряжения на емкости. Сигнал с блока 34 поступает на коммутатор 20, который формирует импульс управления плечу 11 в момент t. Отпирание тиристора 11 запирает 18, что означает завершение процесса реверсирования тока Действительно, теперь ток нагрузки одновременно идет по двум цепям: первая - нагруз-

ка 13, тиристор 5, обмотки 2, 3,конденсатор 14, тиристор 15; вторая г- нагрузка 13, тиристор 11, обмотка 4, конденсатор 14, тиристор 16.

Окончание процесса перезарядки емкости определяется элементом 37 сравнения, сопоставляющим сигналы с датчика 35 и задатчика 36 величины напряжения на емкости. По достижении напряжением конденсатора заданной величины на выходе элемента 37 формируется сигнал, поступающий на коьг- мутатор и далее на тиристорное плечо 10, отпирание которого-приводит к запиранию 16, т.е. прекращается дальнейший заряд емкости (момент t на фиг.З).

Датчик 28 времени, измеривший продолжительность периода коммутации t, по времени протекания тока емкости (который регистрируется датчиком 27), обеспечивает однозначное определение момента /з начала следующего цикла принудительной коммутации токов. Действительно, /г .

Следует подчеркнуть, что коммутация тиристоров 11 и 18 в момент t обеспечивает плавное безударное завершение процесса реверсирования ток в обмотке 4, Кроме того, начиная с момента t, , происходит коммутация тиристоров 5 и 1I, заканчивающаяся выключением 5 в момент Это позволяет коммутатору 20 по сигналам элементов 19, 23-26 открыть тиристор 8, С момента t. ток нагрузки идет по

о

цепи: тиристор 11 - обмотки 4,3- тиристор 8 - нагрузка 13

Далее процессы в преобразователе повторяются аналогичным образом. Это значит, что в момент tg открывается тиристор 6, закрывается - 8, нагрузку питает вся вторичная обмотка силового трансформатора В момент t начинается( реверсирование тока в секции 4, Для этого открывается тиристор 15, а в момент t - 17. В момент t, ток тиристора 17 достиMl

гает величины тока нагрузки, т,е, равные токи текут по равным обмоткам в противоположных направлениях, затем в момент t , (после смены полярности напряжения на конденсаторе) открывается тиристор 12, В момент t , когд напряжение на емкости достигает заданного уровня, открывается тиристор 9, закрывается - 15, заряд конденсатора прекращается, К моменту t j-заве шается гашение тока в секциях 2 и 3, что позволяет открыть тиристор 7, Ток нагрузки идет по цепи: тиристор Тсекпии 3 и 4 тиристор 1 2-нагрузка 13.

15

0

5

0

5

0

5

0

5

Подоб1шм образом происходит работа преобразователя на третьей зоне регулирования, когда используются обмотки 3, 4 трансформатора. На первой и втррой зонах, когда нагрузка питается соответственно от секции 3 и 2, 3, с помощью емкости 14 выключаются плечи 7, 8 или 5, 6,

Положительный эффект от применения предлагаемого способа управления определяется прежде всего повышением значений входного коэффициента мощности преобразователя X, который равен произведению коэффициента иска жения формы тока в питающей сети, на коэффициент сдвига cos if первых гармоник напряжения и тока, потребляемого преобразователем, т.е. X т),- cos t/ о Применение этого способа позволяет сохранить достаточно высокие значения -j, присущие естественной коммутации, вместе с тем серьезно повысив значени-я cos t/ „ В результате применительно к серийно выпускаемым преобразователям для электроподвижного состава увеличение коэф- фкциента- мощности составит в режиме, тэтги не менее 8-12%, при рекуперации - 10-15%.

(

Формула изобретения

Способ управления мощностью управляемого вентильного преобразователя, заключаюшз йся в том, что измеряют подводимое к преобразователю напряжение, фиксируют моменты смены его полярности, после чего с помощью вентилей преобразователя начинают коммутацию входного тока, завершающуюся с отставанием по отношению к указанному моменту, измеряют выпрямленные напряжение и ток, сравнивают последние с заданными и по рассогласованию формируют сигналы управления выходным потоком мощности, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения входного коэффициента мощ- ности управляемого вентильного преобразователя, формируют дополнительный поток мощности, поступающий от источника питания через указанный преобразователь на нагрузку, измеряют мгновенное значение тока этого потока и в момент смены полярности подводимого напряжения на входе пре- .образователя изменяют направление тока на противоположное.

фивг

т ju.

pi

фае.З

tx

Составитель Г,Мьш;ык Редактор АэМаковская Техред М.Дидык Корректор Н.Король

Заказ 6161/54Тираж 659Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по. делам изобретений и открытий И30353 Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике злектро- подвижного составаf Целью изобретения я вляется улучшение входного коэффициента мощности управляемого вентильного преобразователя. содержит силовой с одной первичной обмоткой 1, вторичная обмотка которого имеет секции 2-4 j многозон - ный выпрямителы-гый мост на тиристорах Узел искусственной комму- тации выполнен ка коьЕ гзгтирующем конденсаторе 14 и коммгутирзпощ1 1Х тиристорах 15 -18б Полярность тока в первичной обмотке i сшювого тр-ра измег- няется к моменту смены полярносГти питающего напряжения путем подключения комм -тирующего конденсатора 14 к половине вторичной обмотки силового трансформаторас 3 ил С 3 СО СП со оо