Устройство для управления тиристорным инвертором Советский патент 1988 года по МПК H02M7/515 

(Л

с

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в статических преобразователях. Цель изобретения- повышение коэффициента мощности. В данном устройстве обеспечивается коррекция уставки угла запаса инвертора в зависимости от зоны регулирования трансформатора, что позволяет устранить завышение уставки угла запаса на низких зонах и повысить устойчивость на высших зонах регулирования. 4 ил.

со

00

vj

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для регулирования инвертора на постоянство угла запаса, преимущественно на электроподвижном составе однофазно-постоянного тока в режиме рекуперативного торможения.

Целью изобретения является повышение коэффициента мощности инвертора.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, подключенного к преобразовательному агрегату «Инвертор - трансформатор ; на фиг. 2 и 3 - диаграммы выходных напряжений блоков устройства; на фиг. 4 - пример конкретной реализации элемента сравнения, распределительного устройства и кантователя по уровню.

Устройство содержит последовательно соединенные задатчик 1 напряжения смешения, элемент 2 сравнения, первый интегри- РУЮШ.ИЙ элемент 3, первый блок 4 фазового управления, элемент 5 совпадения, второй интегрирующий элемент 6, второй блок 7 фазового управления, распределительное устройство 8, блок 9 выходных усилителей. Устройство также имеет кл,юч 10, вход которого через выпрямительный мост 11 под- ключен к измерительному трансформатору 12, а выход - к второму элементу 1 сравнения. При этом управляющий вход ключа 10 соединен с выходом первого блока 4 фазового управления устройства. К второ- му элементу 5 совпадения подключен датчик 13 угла коммутации. Кроме того, устройство снабжено задатчиком 14 напряжения управления, выход которого подключен к входу квантователя 15 по уровню и через третий блок 16 фазового управления к вто- рому входу распределительного устройства 8, причем выход квантователя 15 по уровню соединен с третьим входом элемента 2 сравнения и управляющим входом распределительного устройства 8. Устройство соединено с инвертором 17 и секционированным тран- сформатором 18.

На фиг. 2 и 3 изображены диаграммы напряжений на входе (О,,) и выходе блока 15 (Uni, Una, Uns) и диаграммы напряжений на выходах блоков 12, 10, 2, 4, 13, 5, 17.

Устройство работает следующим образом.

В каждом полупериоде вырабатываются два импульса с углами щ и а (фиг. 3). Первый импульс ар формируется автоматически регулятором угла запаса инвертора- блока 1-7, 10-13, фаза второго сср регулируется мащинистом (при ручном управлении) при помощи задатчика 14 напряжения управления.

Для формирования импульсов отпирания вентилей инвертора 17 с фазой ар пря- моугольные сигналы Uis (фиг. 3), пропорциональные по длительности процессу коммутации, с датчика 13 коммутации, реализо

0 5 p - 0

д

5

ванного на основе трансформатора тока, подаются на первый вход элемента 5 совпадения. На второй его вход подаются прямоугольные сигналы U4 с выхода первого блока 4 фазового управления, пропорциональные по длительности заданному значению угла запаса инвертора. При совпадении напряжений U4 и Uis на выходе элемента 5 совпадения формируется сигнал Us, пропорциональный рассогласованию А между заданным и фактическим углами запаса А бз-бф. Этот сигнал корректирует уровень выходного напряжения второго интегри рующего элемента и соответственно изменяет фазу ар отпирающих импульсов на выходе второго блока 7 фазового управления, реализующего способ формирования импульсов с развертывающим преобразованием. В результате осуществляется регулирование инвертора на постоянство угла запаса б const.

Для формирования уставки угла запаса бз с учетом величины и формы напряжения силового трансформатора сигнал Ui2, пропорциональный питающему напряжению, с выхода измерительного трансформатора 12 через выпрямительный мост И подается на ключ 10. Одновременно в первом блоке 4 фазового управления формируется пилообразное развертывающее напряжение ипи.л, синхронизированное с сетью, которое сравнивается с напряжением Us на выходе первого интегрирующего элемента 3. Если , то на выходе первого блока 4 фазового управления формируется сигнал U4. Этот сигнал запирает ключ 10, на выходе которого появляется напряжение Uio, равное Ui2.

В элементе 1 сравнения сопоставляются Uio и напряжение смещения Ui, которое выбрано таким, чтобы в установившемся режиме площади Si и 82 были равны.

При искажении, приводящем к уменьшению напряжения питания силового трансформатора в интервале от ар до л, аналогично изменяется сигнал Uio и равенство площадей нарушается Si 82. Это приводит к изменению напряжения на выходе первого интегрирующего элемента 3 и соответственному изменению длительности сигналов первого блока 4 фазового управления. Последнее вызывает уменьщение длительности сигналов Uio на выходе ключа 10. Этот переходный процесс прекращается в момент, когда вольтсекундная площадь 82 напряжения Uio станет вновь равной вольтсекунд- ной площади Si напряжения Ui. Таким образом, автоматически регулируется величина уставки угла запаса б за счет поддержания равенства за полупериод вольтсекунд- ных площадей напряжения Uio на выходе ключа 10 и напряжения Ui на выходе задатчика 1 напряжения смещения.

Плавное регулирование напряжения Ui инвертора 17 осуществляется путем поворота машинистом рукоятки контроллера на угол ф, что ведет к соответствующим изменениям сигнала Uu на выходе задатчика 14 напряжения управления и фазыоСр регулируемых импульсов на выход третьего блока 16 фазового управления, реализующего способ формирования импульсов с развертывающим преобразованием («вертикальный способ).

Квантователь 15 по уровню в зависимости от величины напряжения управления UM формирует сигналы, соответствующие номеру зоны. Это приведет к изменению напряжения U, на выходе элемента 2 сравнения и сигнала Us на выходе первого интегрирующего элемента 3 и соответственному изменению длительности сигналов первого блока 4 фазового управления. Последнее вызывает уменьщение длительности сигналов Uio на выходе ключа 10. Этот переходный процесс прекращается в момент, когда вольтсекундная площадь 82 напряжения Uio станет вновь равной вольтсекунд- ной площади Si напряжения U|. Таким образом, с учетом зоны регулирования автоматически регулируется величина уставки угла запаса $з за счет поддержания равенства за полупериод вольтсекундных площадей напряжения Uio на выходе ключа 10 и напряжения Ui на выходе задатчика 1 напряжения смещения.

Квантователь 15 по уровню представляет собой три пороговых элемента, включенных параллельно. Пороги их срабатывания настроены на разный уровень - U, , Uni , и„5 (фиг. 2). Выходные сигналы пороговых элементов равны «О при Un и «I при Uy Un служат логическими сигналами номера зоны регулирования. Наличие на выходах всех трех пороговых элементов сигналов «О, т.е. при Uy- Un воспринимается как сигнал первой зоны регулирования. После срабатывания порогового элемента 19 на его выходе появляется сигнал «1, который служит сигналом второй зоны регулирования при наличии сигналов «О на выходах пороговых элементов 19 и 20. После срабатывания порогового элемента 21 комбинация выходных сигналов всех пороговых элементов (« «1, «О) соответствует третьей зоне. После срабатывания порогового элемента 20 комбинация выходных сигналов «1, «1, «1 соответствует четвертой зоне регулирования.

Логиеские сигналы с выходов пороговых элементов квантователя 15 по уровню поступают на суммирующий вход элемента 2 сравнения, выполненного на базе операционного сум-матора. В результате с переходом на более высокие зоны регулирования инвертора уставки угла запаса увеличиваются.

Распределение импульсов с фазами ар и ар по соответствующим плечам инвертора

17 в зависимости от зоны регулироания производится распределительным устройством 8. Это устройство является блоком диодных коммутаторов, узлы которого реализуют

логические функции «И. Оно может быть выполнено также на базе селектора-мультиплексора серии К155 КП1.

На первый и второй входы распределительного устройства 8 подаются сигналы с

Q фазой ар от третьего блока 16 фазового управления и фазой ар от второго блока 7 фазового управления. Сигналы от пороговых элементов 19-21 квантователя 15 по уровню подаются на управляющий вход распределительного устройства 8. Определенное соче5 тание этих сигналов обеспечивает реализацию заданного алгоритма управления.

Квантователь 5 по уровню (фиг. 4) представляет собой три пороговых элемента, включенных параллельно. Выход квантова теля 15 по уровню подключен к отдельному входу элемента 2 сравнения, выполненного на базе многовходового операционного сумматора.

Распределительное устройство 8 реали5 зовано на базе интегральных селекторов- мультиплексоров. Оно осуществляет распределение импульсов по плечам преобразователя в соответствии с алгоритмом его работы. На каждое плечо разрешается либо запрещается прохождение импульсов уп0 равления Uap от второго блока 7 фазового управления либо от третьего блока 16 фазового управления в соответствии с зоной регулирования, что определяется управляющими сигналами от квантователя 15 по уровню. На выход селектора-мультиплексора разре5 щается прохождения сигнала одного из входов , Х16-Х23 в зависимости от комбинации сигналов на управляющих входах XII, Х13-Х15.

Устройство позволяет повысить коэффи, циент мощности инвертора за счет коррекции заданного угла запаса при работе на различных зонах регулирования. В частности, при снижении зоны регулирования и соответственном уменьшении индyктивнoctи трансформатора понижение величины бз поз5 воляет увеличить возврат энергии в сеть и уменьшить потребление реактивного тока из питающей системы.

Кроме того, повышается устойчивость инвертора в переходных режимах в результате учета изменения реактанса силового

0 трансформатора.

Формула изобретения

Устройство для управления тиристор- ным инвертором, содержащее датчик угла коммутации, вход которого предназначен для соединения с обмоткой силового трансформатора, выпрямительный мост, ключ, измерительный трансформатор и последовательно соединенные задатчик напряжения смещения, элемент сравнения, первый интегрирующий элемент, первый блок фазового управления, элемент совпадения, второй интегрирующий элемент, второй блок фазового управления, а также блок выходных усилителей, выход которого предназначен для подключения к вентилям инвертора, при этом второй вход элемента совпадения соединен с выходом датчика угла коммутации, а выход первого блока фазового управления через ключ соединен с вторым входом элемента сравнения, управляющий вход ключа через выпрямительный мост соединен с выходом измерительного трансформатора, вход которого предназначен для подключения к обмотке силового трансформатора.

отличающееся тем, что, с целью повышения коэффициента мощности, оно снабжено за- датчиком напряжения управления, квантователем по уровню, третьим блоком фазового управления, распределительным устройством, причем элемент сравнения снабжен третьим входом, а выход задатчика напряжения управления подключен к входу квантователя по уровню и через третий блок фазового управления - к первому входу распределительного устройства, второй вход которого соединен с выходом второго блока фазового управления, а выход - с входом блока выходных усилителей, выход квантователя по уровню подключен к третьему входу элемента сравнения и управляющему входу распределительного устройства.

Ч v2:L

и,

У

I I

i

Й

зН h

Фиг.2

/ (jjt

У

1/

ut

I I t

rL

.(t

LJt

h

(jJt

Фиг.З

orn1 0omi

К каналу 2-n Фиг.Л