Способ управления двухконтурным узлом принудительной коммутации автономного инвертора напряжения Советский патент 1989 года по МПК H02M1/08 

(21)41 15720/24-07

(22)08.09.87

(46) 15.05,89. Бюл. № 18 (71) Научно-исследовательский, про- ектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода

.(72) Г.II. Коваливкер (53) 621.316.727(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР N 1173498, Кл. Н 02 М 1/08, 1985.

Авторское свидетельство СССР г 1302406, кл. Н 02 М 1/08, 1985.

Авторское свидетельство СССР № 985921, кл. Н 02 М 1/08, 1982.

.(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХКОНТУРНЫМ УЗЛОМ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ КОММУТАЦИИ АВТОНОМНОГО ИНВЕРТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

(57)Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в автономных инверторах напряжения электроводов переменного тока,

1

Изобретение относится к электро-, технике и может быть использовано в автономных инверторах напряжения электровозов переменного тока, получающих питание от однофазной контактной сети.

Целью изобретения является повышение надежности работы коммутирующих тиристоров при токах нагрузки, близких к холостому ходу.

На фиг.1 показана диаграмма импульсов, формируемых согласно предполучающих питание от однофазной контактной сети. Целью изобретения является повышение надежности работы коммутирующих тиристоров при токах нагрузки, близких к холостому току. Способ управления двухконтурным узлом принудительной коммутации состоит в том, что в заданный момент коммутации формируют и подают импульс управления на коммутирующие тиристоры первого по очередности перезаряда Коммутирующего контура, с задержкой длительностью 2/3 полупериода коммутационного процесса формируют и подают импульс управления на коммутирующие тиристоры второго по очередности перезаряда контура. Формирование и подача импульсов управления на первые и вторые зарядные тиристоры поочередно с задержкой на время восстановления коммутирующих свойств коммутирующих тиристоров позволяет повысить надежность их работы. 5 ил.

&

с

латаемому способу управления; на фиг. 2 - структура блока системы управления устройства принудительной коммутации (УПК), позволяющая реализовать предлагаемый способ управления; на фиг. 3 - структура силовых цепей устройства для реализации предлагаемого способа управления; на фиг, 4 - диаграммы токов и напряжений, поясняющие электромагнитные процессы при управлении УПК; на фиг.5 - диаграмма импульсов управления, по- . ясняющая работу устройства управления узлом принудительной коммутации.

Ј

00

о

о

О1

о

314

Устройство (фиг. 3) согласно предлагаемому способу управления состоит из автономного инвертора напряжения (ЛИП) 1, выполненного в виде источ- пика 2 питания, трехфазных главных, обратных, распределительных тиристор ных мостов 3-20 (цифрами 3, 4, 9, 10 15, 16 обозначены главные тиристоры, цифрами 7, 8, 13, 14, 19, 20- обрат ные тиристоры и цифрами 5, 6, 11, 12 17, 18 - распределительные тиристоры) , подсоединенных соответствующими выводами к шинам источника 2 питания и к выводам трехфазной нагрузки 21- 23, коммутирующих диодов 24, 25, подсоединенных к шинам источника 2 питания и УПК, выполненного в виде дополнительного источника 26 питания диодов 27, 28 связи, подсоединенных к дополнительному источнику 26 питания и к выводам коммутирующих тиристоров 29, 30, зарядных тиристоров 31, 32, подсоединенных к источнику 26 питания, коммутирующих тиристоров 33, 34, подсоединенных к диодам 27, 28 связи, двух коммутирующих LC-це- пей 35-38, подсоединенных к выводам коммутирующих тиристоров 29 и 30 и 33, 34, ограничительных тиристоров 39, 40, подсоединенных к источнику 26 питания и к выводам LC-цепей 35- 38, разделительного диода 41, подсоединенного к выводам LC-цепсй, зарядных тиристоров 42, 43, включенных последовательно с зарядными резисторами- 4 А|, ..45 и подсоединенных к вы- подам источника 26 питания и раздели д1льного диода 41, двух первичных ..обмоток 46, 47 коммутирующего транс- форматора, подсоединенных через разрядные диоды 48, 49 к выводам диодов 27, 28 связи и распределительных тиристоров 5, 6, 11, 12, 17, 18; возвратных диодов 50-53, подсоединенных к вторичной обмотке коммутирующего трансформатора 54 и к выводам диодов 27, 28,блока 55 системы управления, подсоединенного входами к источнику задающего напряжения И g и выходами к выводам управления тиристоров. Блок 55 системы управления (фиг. 2) состоит из регулятора 56 частоты, подсоединенного в двух каналах к усилителям-формирователям 57 импуль- сов, одновибраторов 58-61, подсоединенных к выходам 57, усилителей-формирователей 62-65, подсоединенных к выходам одновибраторов 58-61 и в

04

каждом канале управления к электродам управления тиристоров 29, 33, 40, 31, 43, 34, 30, 39, 32, 42.

Устройство согласно предлагаемому способу работает следующим образом ,

В момент времени 1 (см. фиг. 1) формируют импульс управления (I) коммутирующими тиристорами первой 1,С- цепи, в момент времени 2 формируют сдвинутый во времени импульс II управления коммутирующими тиристорами второй LC-цепи, в момент времени 3 формируют импульс управления III ограничительными тиристорами, по длительности равный половине полупериода собственной частоты колебательного контура, образованного LC-цепя- ми, в момент времени 4 формируют со сдвигом во времени импульс IV для включения первого зарядного тиристор-; и со сдвигом во времени, равным 4-5, формируют в момент времени 5 импульс управления V для включения второго зарядного тиристора. В очередном моменте коммутации формируют ту же последовательность импульсов (интервал времени 6-10), но при этом меняют очередность следования импульсов I и II.

Предположим, что в исходном состоянии коммутирующие конденсаторы 35 и 37 заряжены полярностью напряжения, указанной на фиг. 3 и 4, до напряжения источника 26 питания и па интервале времени 0-1 включены тиристоры 3, 15, 10 преобразователя 1. В момент времени 1 выключают тиристор 15 преобразователя 1, для чего включают распределительный тиристор 17 и коммутирующий тиристор 29. При этом конденсатор 35 первой LC- цепи перезаряжается по контуру 35, 36, 41, 17, 15, 24, 29, вытесняется ток нагрузки из тиристора 15. В момент выключения 15 ток нагрузки замыкается по цепи 2, 24, 29, 35, 36, 41, 17, 23, 22, 10, 2, а избыточный ток перезаряда конденсатора 35 замыкается по цепи: 35, 36, 41, 48, 29, 35, в результате чего к выключенному тиристору 15 прикладывается обратное напряжение первичной обмотки коммутирующего трансформатора 46, равное по величине напряжению, необходимому для восстановления вентильных свойств, выключаемых тиристоров преобразователя 1 .

В момент времени 2 включается коммутирующий тиристор 33 и ток нагрузки переводится из первой LC-це- пи 35, 36 во вторую LC-цепь 37, 38. При этом избыточный ток перезаряда конденсатора 37 замыкается по цепи: 37, 38, 46, 48, 33. В момент времени 21 согласно фиг. 4 конденсатор первой LC-цепи заканчивает перезаряд и тиристор 29 выключается током обратного восстановления по цепи: + 35, 29, 48, 46, 41, 36, 35.

При этом согласно фиг. 4, поскольку разрядный диод 48 открыт, к выклю- ченному тиристору 29 прикладывается обратное напряжение перезарядившегося конденсатора 35. Коммутирующий конденсатор теряет часть первоначально запасенной энергии, вследствие чего по окончании перезаряда напряжение на нем меньше на величину ЛИ, равную

,т /1 -7/2S-.

UCo(l - е ) меньше исходного напряжения (см. фиг. 4а). В момент времени 3.1 избыточный ток перезаряда конденсатора 37 становится равен току нагрузки, вследствие чего разрядный диод 48 выключается и к коммутирую-- щему тиристору 29 первой по очередности перезаряда LC-цепи прикладыва- ется прямое напряжение, равное dU, по цепи: 26, 27, 29, 35, 36, 47, 49, 28, 26 (см. фиг. 4 Б ). При этом на интервале времени 3.1-3.2 конденсатор 37 дозаряжается спадающим током нагрузки и в случае, если напряжение на нем достигнет напряжения источника 26, так как в момент времени 3 (см. фиг. 1) на ограничительный тиристор 40 подан импульс управления, коммути- рующий тиристор выключится и ток нагрузки замкнется по цепи: 2,24, 27, 26, 40, 38, 17, 23, 22, 10, 2. Напряжение на коммутирующем конденсаторе 37 ограничится на уровне источ- ника 26 питания (см. фиг. 3 «), вследствие чего к коммутирующему тиристору 33 второй LC-цепи приложится обратное напряжение, приблизительно равное нулю.

Таким образом, существенно ухудшаются условия восстановления вентильных свойств коммутирующих тиристоров второй LC-цепи. Кепи входное напряжение инвертора IIа, меньше, чем на- пряжение источника U t, в момент равенства избыточного тока перезаряда коммутирующего конденсатора току нагрузки выключаются коммутирующие

диоды 24 и 25, вследствие чего ток нагрузки сразу спадает (на фиг. 4 показан пунктирной линией) и конденсатор- 37 без включения ограничительных тиристоров дозаряжается до напряжения, приблизительно равного Uc . Таким образом, возможны токи нагрузки (в режиме, близком к холостому ходу), когда напряжение на коммутирующем конденсаторе меньше, чем напряжение источника 26 питания (см. фиг. 4а кривую U3i5 показанную пунктирной линией), вследствие чего разрядный диод 48 выключится, из-за чего отсутствует цепь для выключения тиристора 33.

Согласно предлагаемому способу (см. фиг. 1) для более надежного выключения коммутирующих тиристоров второй по очередности перезаряда LC-цепи в момент времени 4 подают импульс управления на зарядный тиристор первой LC-цепи, т.е. на тиристор 31 (см. фиг. 3). При этом поскольку U зт U Э5 на величину, равную 4 U, возникает контур для выключения тиристора 33: 37, 33, 27, 31, 35, 36, 41, 38, вследствие чего к тиристору 33 прикладывается обратное напряжение, равное разности напряжений коммутирующих конденсаторов (см. фиг. 4 б , кривая ). С интервалом времени 4-5, равным времени восстановления вертикальных свойств коммутирующих тиристоров, на второй зарядный тиристор (согласно предлагаемому способу, см. фиг. 1) первой по очередности перезаряда LC-цепи (35, 36) подается импульс управления (т.е„ на тиристор 43), вследствие чего конденсатор 35 заряжается по цепи: 26, 31, 35, 36, 45, 43, 26.

Поскольку в цепь зарядных тиристоров 42, 43 включены тиристоры 44, 45, конденсатор первой LC-цепи 35 заряжается до напряжения, незначи тельно превышающего напряжение источника 26 питания (см. кривую I3SJ фиг. 4 а). При очередной коммутации тиристоров преобразователя 1 чередованием импульсов управления I и II меняется очередность перезаряда LC- цепей.

Нужно отметить, что в режиме холостого хода напряжение на коммутирующем конденсаторе второй LC-цепи всегда больше, чем на конденсаторе первой LC-цепи, вследствие чего

включение зарядных тиристоров со сдвигом более надежно позволяет восстанавливать вентильные свойства коммутирующих тиристоров.

Блок 55 работает следующим образом.

На вход регулятора 56 частоты подается сигнал задания выходной частоты преобразователя. С выхода регулятора 56 последовательность сдвинутых во времени прямоугольных импульсов, равных по длительности полупериоду выходного напряжения АЙН, поступает на вход распределителя импульсов в первом и втором каналах управления. По задним фронтам упомянутых импульсов (см. фиг. 5) усилители-формирователи 57 формирую импульсы, поступающие на включение коммутирующих тиристоров первых по очередности перезаряда LC-цепей, по задним фронтам импульсов +ил, +UB, +UC, -U, -UB, -Uс одновибраторы 58-61 формируют импульсы управления равные по длительности интервалам времени 1-2, 1-3, 1-4, 1-5.

По задним фронтам импульсов управления, сформированных одновибра- торами, усилители-формирователи 62- 65 согласно диаграмме фиг. 5 формируют импульсы управления определенней длительности, необходимые для включения тиристоров УПК согласно предлагаемому способу.

Таким образом, при всех режимах работы УПК управление по предлагаемому способу позволяет надежно восстанавливать вентильные свойства комутирующих тиристоров.

Формула изобретени

Способ управления двухконтурным узлом принудительной коммутации автономного инвертора напряжения, выполненным в виде цепочки, состоящей из двух последовательно соединенных

0

5

0

5

0

5

0

5

через разделительный диод LC-цепей, подсоединенных своими выводами в диагональ тиристорного моста, подключенного через разделительные диоды к отдельному источнику зарядного напряжения четырех зарядных и двух ограничительных тиристоров, подключенных к упомянутому источнику и к выводам LC-цепей, заключающийся в том, что в каждом полупериоде выходного напряжения автономного инвертора задают моменты коммутации, в эти моменты формируют и подают импульсы управления на соответствующие коммутирующие тиристоры первого по оче- редно сти перезаряда контура, с задержкой длительностью две третьих полупериода коммутационного процесса формируют и подают импульсы управления на соответствующие коммутирующие тиристоры второго по очередности перезаряда контура, с задержкой не менее полупериода коммутационного процесса формируют и подают импульс управления на ограничительный тиристор второго по очередности перезаряда контура, с задержкой от момента включения второго контура длительностью, превышающей подупериод коммутационного процесса, формируют и подают импульсы управления на соответствующие первые зарядные тиристоры и в очередной момент коммутации меняют очередность перезаряда контуров, о тличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы коммутирующих тиристоров при токах нагрузки, близких к холостому ходу, с задержкой, равной по длительности времени восстановления вентильных свойств коммутирующих тиристоров, формируют и подают импульсы управления на соответствующие вторые зарядные тиристоры, причем длительность импульсов управления первыми зарядными тиристорами превышает указанный интервал задержки на включение вторых зарядных тиристоров.

// /// IV

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в автономных инверторах напряжения электровозов переменного тока, получающих питание от однофазной контактной сети. Целью изобретения является повышение надежности работы коммутирующих тиристоров при токах нагрузки, близких к холостому току. Способ управления двухконтурным узлом принудительной коммутации состоит в том, что в заданный момент коммутации формируют и подают импульс управления на коммутирующие тиристоры первого по очередности перезаряда коммутирующего контура, с задержкой длительностью 2/3 полупериода коммутационного процесса формируют и подают импульс управления на коммутирующие тиристоры второго по очередности перезаряда контура. Формирование и подача импульсов управления на первые и вторые зарядные тиристоры поочередно с задержкой на время восстановления коммутирующих свойств коммутирующих тиристоров позволяет повысить надежность их работы. 5 ил.

О// i2 t3

id i5 t6 Фиг f

pu2.2

{7 te

t9 tfO

О 1

w ; -

Редактор О. Спесивых

Составитель С. Лазунов

Техред Л.Сердюкова Корректор Э.Лончакова

Заказ 2553/52

Тираж 647

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

vn

I

-u

-ГУ -4S

-in

..

-f

-См

-

Подписное