Способ управления @ - фазным выпрямителем с @ - контурным выпрямлением переменного тока в постоянный импульсный Советский патент 1991 года по МПК H02M7/10 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам управления преобразователями переменного тока в постоянный импульсный (прерывистый) для питания потребителей и создания условий для работы защиты от токов утечки сети постоянного тока, подключенной к выходу преобразователя.

Целью изобретения является улучшение параметров преобразователя путем снижения установленной мощности преобразовательного электрооборудования и повышение надежности работы защиты от тока утечки сети.

На фиг.1 изображено устройство для осуществления способа; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство состоит из преобразователя, который содержит последовательно соединяемые блок 1 формирования сигналов синхронизации с частотой выпрямляемого переменного напряжения сети по числу контуров выпрямления и блок 2 формирования широких сигналов управления, выход которого соединен с управляющими электродами вентилей 3-8 силового блока преобразователя, выход блока 1 соединен с входом задатчика времени, состоящего из формирователя 9 сигналов прерывания постоянного напряжения и коммутирующего элемента 10.

В преобразователе может быть использован как одноканальный, так и многоканальный блок управления.

О

t

CJ

ю ел

Для многоканального блока в качестве блока 1 могут применяться последовательно соединенные вспомогательный т-фаз- ный трансформатор 11, вход которого подключен к сети переменного тока, и блок 12, содержащий формирователи прямоугольных импульсов с дифференцирующими выходными элементами.

В качестве блока 2 могут применяться транзисторные ключи (по числу контуров выпрямления преобразователя), нагрузкой которых могут использоваться светодиоды оптотиристоров, силовые элементы которых соединяют управляющие электроды вентилей с их анодами.

В качестве блока 2 могут также использоваться триггеры (по числу контуров выпрямления преобразователя), к которым подключены светодиоды оптотиристоров, выходные элементы которых соединяют уп- равляющие электроды и катоды силовых вентилей преобразователя через разделительные обмотки трансформатора вспомогательного источника высокочастотных сигналов управления. При использовании в блоке 2 триггеров в качестве формирователей широких сигналов управления блок 12 должен содержать открывающий и закрывающий комплекты нуль-органов, которые служат для управления триггерами. Нуль- органы открывающего комплекта предназначены для формирования сигналов, подаваемых на блок 2 синхронно с начальными нулевыми значениями выпрямляемых напряжений контуров выпрямления преоб- разователя, а нуль-органы закрывающего комплекта - для формирования сигналов, обеспечивающих закрывание формирователей широких сигналов блока 2 через 180 эл.град., т.е. обеспечивают длительность импульсов управления на управляющие электроды вентилей преобразователя, соответствующую 180 эл.град, что соответствует максимальному углу проводимости вентилей преобразователя при формировании постоянного напряжения.

В качестве формирователя 9 могут быть использованы последовательно соединенные элемент ИЛИ 13 и делитель частоты 14.

В качестве коммутирующего элемента 10 может использоваться одновибратор с цепями развязки для всех каналов блока 1.

В представленном трехфазном мостовом преобразователе содержится шесть контуров выпрямления. Контуры выпрямле- ния преобразователя можно представить как однополупериодные выпрямители, включенные между собой параллельно и имеющие одну общую нагрузку (нагрузку преобразователя). Согласно чередованию

их работы по фазам выпрямляемого напряжения можно обозначить их в следующей последовательности.

Первый контур выпрямления преобразует переменное напряжение по следующей цепи: фаза А - вентиль 3 - нагрузка преобразователя, подключенная к его вы ходным зажимам + и - (на фиг.1 она не показана) - вентиль 7 - фаза В.

Цепь второго контура выпрямления: фаза А - вентиль 3 - нагрузка - вентиль 8 - фаза С.

Цепь третьего контура выпрямления: фаза В - вентиль 4 - нагрузка - вентиль 8 - фаза С.

Цепь четвертого контура выпрямления: фаза В - вентиль 4 - нагрузка - вентиль 6 - фаза А.

Цепь пятого контура выпрямления: фаза С - вентиль 5 - нагрузка - вентиль 6 - фаза А.

Цепь шестого контура выпрямления: фаза С - вентиль 5 - нагрузка - вентиль 7 - фаза В.

Блок 1 выполнен с использованием нуль-органов, которые формируют короткие сигналы синхронного с нулевыми значениями фаз напряжения каждого контура выпрямления преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

Блок 1 формирует короткие сигналы синхронизации с частотой переменного напряжения сети по числу контуров выпрямления (см.диаграмму напряжений преобразователя, представленную на фиг.2), которые смещены один относительно другого во времени, соответствующем 60 эл.град. При включении преобразователя в работу все его силовые вентили заперты, первый же сигнал от блока 1 подаст сигнал управления на вентили первого проводящего контура преобразователя, например на вентили 3 и 7, синхронно с начальным нулевым значением выпрямленного напряжения этого контура на выходе преобразователя, постоянное напряжение будет формироваться с нулевого значения по синусоиде выпрямленного напряжения. После истечения времени, соответствующего 60 эл.град., с блока 1 на вентили второго контура выпрямления поступит новый открывающий сигнал. При этом вентиль 3 уже открыт предыдущим сигналом блока 1, а вентиль 8, получив сигнал управления (с опережением по отношению к моменту естественной коммутации), закрыт еще обратным напряжением между его анодом и катодом. Это состояние сохранится до момента естественной коммутации вентилей 7 и 8, после которого вентиль 7

закроется обратным напряжением между его анодом и катодом, а вентиль 8 откроется. Последующие сигналы с блока 1 через блок 2 подают сигналы управления на вентили очередных контуров выпрямления так- же с опережением на 60 эл. град. обеспечивая открывание вентилей всех контуров выпрямления в моменты их естественной коммутации и непрерывное выпрямление переменного напряжения в постоянное. В это же время сигналы с блока 1 (суммарное число сигналов нулевых значений выпрямленных напряжений всех контуров выпрямления преобразователя) поступают на формирователь 9 сигналов прерывания постоянного напряжения за- датчика времени, который производит их пересчет и при заданном числе пересчитываемых сигналов формирует сигнал на пре- рывание постоянного напряжения преобразователя с заданной длительностью через коммутирующий блок 10, который закрывает открывающий комплект нуль-органов блока 1, прекращает формирование сигналов блока 1 и, следовательно , блока 2 (в это же время закрывающий комплект нуль-органов также запирает открытые к этому моменту формирователи блока 2). Все вентили преобразователя при отключении сигналов управления с блока 2 закрываются, кроме открытых к этому времени вентилей последнего контура выпрямления (при этом формируется задний фронт импульса постоянного напряжения по синусоиде выпрямляемого напряжения этого контура выпрямления), вентили которого закрываются при уменьшении тока через них до значения, соответствующего току их удержания. Закрытое состояние вентилей преобразователя выдерживается до момен- та окончания закрывающего сигнала с коммутирующего блока 10, затем процесс формирования очередного импульса постоянного напряжения повторяется.

Длительность периода постоянного им- пульсного напряжения, определяемая формирователем 9 сигналов прерывания задатчика времени, выбирается, с одной стороны, по условиям обеспечения необходимых энергетических характеристик рабо- ты электрооборудования сети (например, по условию допустимости величины дополнительных потерь электроэнергии от перемен- ной составляющей тока двигателей электровозов в контактной сети) и, с другой стороны, по условию безопасности при защитном отключении сети при случайном прикосновении человека к токоведущим элементам электрооборудования, осуществляемом во время пауз в формируемом постоянном импульсном напряжении тягового преобразователя.

Указанная длительность периода постоянного импульсного напряжения устанавливается путем выбора коэффициента деления делителя частоты 14, выполненного на основе кольцевой пересчетной схемы, на который поступает суммарная частота сигналов сигнализации всех n-контуров выпрямления преобразователя. Причем для получения равномерной очередности синхронизированного формирования импульсов постоянного напряжения между всеми контурами выпрямления выбирают период формируемого постоянного импульсного напряжения по формуле

т -T(kn±1) Ти п

где Т - период выпрямляемого переменного напряжения:

К - количество целых периодов переменного напряжения в цикле работы преобразователя;

п - число контуров выпрямления преобразователя.

При этом прямое чередование моментов прерывания между всеми контурами выпрямления преобразователя обеспечивается при знаке + в приведенной формуле, т.к. каждый период формируемого напряжения по отношению к периодам переменного напряжения получает наращивание (сдвиг) на 1/п часть периода выпрямляемого переменного напряжения, а при знаке - в приведенной формуле - обратное чередование.

Установлено, что для тягового агрегата шахтного электровозного транспорта с учетом кратковременно допустимых токов перегрузки и в зависимости от параметров контактной сети минимальная длительность паузы, необходимая для осуществления контроля сопротивления утечки, находится в пределах от 0,075 до 0,5 длительности периода выпрямляемого переменного напряжения. Для номинальных токов преобразователя и длительности периода постоянного импульсного напряжения, кратного целому числу периодов выпрямляемого переменного напряжения, формирование которого производится синхронно с переменным напряжением одного из контуров выпрямления преобразователя, наблюдалось неравномерное нагревание вентилей преобразователя, что явилось следствием неравномерности распределения между ними тока нагрузки. Эти условия требуют специального выбора параметров

преобразователя при осуществлении жесткого контроля правильности синхронизации работы контуров выпрямления с фазами выпрямляемого напряжения (или же выбора всех вентилей преобразователя по максимально загруженному выпрямительному контуру). При этом необходимо также выбирать параметры преобразовательного трансформатора по наиболее загруженным его обмоткам.

Установлено также, что наличие несимметричного тока утечки вентилей преобразователя оказывало существенное влияние на работу защиты от тока утечки сети, наиболее неблагоприятное влияние которого проявляется в случае, когда полярность тока утечки вентилей обратна полярности оперативного тока устройства защитного отключения сети, что приводит к снижению отключающего защитой сопротивления утечки сети (вплоть до отказа в работе) по сравнению с допустимым,

Таким образом, режим формирования периода постоянного импульсного напряжения позволяет устранить несимметрию нагрузки ветилей преобразователя и снижение отключаемого защитой сопротивления утечки сети по сравнению с минимально допустимым значением (и своевременно выявить недопустимый ток утечки вентилей преобразователя). Все это позволяет, с одной стороны, снизить установленную мощность преобразовательного электрооборудования и, с другой стороны, повысить надежность работы защиты от токов утечки контактной сети.

Для осуществления предлагаемого способа необходимо выполнить корректировку длительности цикла импульсного постоянного напряжения по приведенной выше формуле при таких же номинальном токе и напряжении.

Параметры импульсного напряжения для рассматриваемого случая находят следующим образом:

Определяют коэффициент К по приближенно-заданной длительности цикла импульсного напряжения

к Ти- ОИ (с) 5 Т 0,02 (с) &

Определяют искомую длительность цикла импульсного напряжения

ТИ1

Т(Кп +1)0.02(5 -6-И)

0,10033 (с)

или ,

т Т(Кп-1) 0,02(5-6-1) Ти2 - s пL

0,0966 (с).

При каждом из этих значений длительности цикла импульсного постоянного напряжения средний ток в длительном режиме работы каждого вентиля преобразователя составил 166.6А. Отключаемое защитой сопротивление утечки 11 кОм. В этом случае мощность преобразовательного электрооборудования по сравнению с известным способом может быть уменьшена до

величины, определяемой типовыми схемами преобразователей переменного тока в постоянный. Кроме этого,устраняется и необходимость в увеличении заданного сопротивления срабатывания защиты от токов

утечки сети.

Использование предлагаемого способа позволит снизить установленную мощность преобразовательного электрооборудования и повысить надежность работы защиты

от тока утечки сети.

Формула изобретения

Способ управления m-фазным выпрямителем с n-контурным выпрямлением переменного тока в постоянный импульсный для питания нагрузки и защиты от тока утечки в питаемой сети, заключающийся в том, что задают цикл работы преобразователя,

на протяжении которого подают первоначальные сигналы управления на вентили одного из контуров выпрямления, начиная с момента нулевого значения прямого выпрямляемого напряжения, подают последующие сигналы управления на вентили всех контуров выпрямления, начиная с момента ближайшей естественной коммутации вентилей проводящего и вступающего в работу выпрямительных контуров, и поддерживают

их на протяжении заданной для работы силовых потребителей длительности импульса постоянного напряжения, после окончания указанного импульса снимают сигналы управления со всех вентилей преобразователя

на время, заданное для работы узлов защиты от тока утечки питаемой сети, отличающийся тем, что, с целью улучшения параметров преобразователя путем снижения установленной мощности преобразователького электрооборудования и повышения надежности работы защиты от тока утечки сети, длительность указанного цикла работы преобразователя задают согласно формуле

Т T(Kn±1)

и - - Г

где Т - период выпрямляемого переменного напряжения:

К - количество целых периодов переменного напряжения в цикле работы преобразователя;

п - число контуров выпрямления преооразователя.

Изобретение относится к электротехнике и может применяться при преобразовании переменного напряжения в постоянное импульсное напряжение (ПИН) путем цикличного отключения выпрямляемого напряжения управляемыми вентилями преобразователя по сигналам задатчика времени (3В) синхронно с напряжением питающей сети - для питания нагрузки и контроля тока ее утечки устройством защитного отключения (УЗО) во время пауз в ПИН. С целью снижения установленной мощности преобразовательного электрооборудования и повышения надежности работы УЗО режим отключения выпрямляемого напряжения при формировании ПИН по сигналам 3В выполняют поочередно на каждом контуре выпрямления преобразователя. 2 ил.

А б С

Ltb

11

Ф Ф

г

12

i

.J

32i

Ы

si:

аб А72Г0

Ю

От чубш органа

защиты

/ v

13

н

фиг.1

AS ВС СА АВ ВС СА ЛТК СА AS BC CA AS BL с А

U

I

уэз

%%3 Y/////A №%Я Vfflft

I1

К2%Я

i i %5%ая 1 Щ.

i-i

о

о

Д Г1Ш о

О О О

ш&.

W/Ш У////Л Г

ВЩ,

-8.

W///A W////A W///A W////1

Я П f. R П I П i g i i i I i i i t V, R R fl P. I i I I I.

Т/ъ

5737# 38 Ц45 5f

/ Г v V Vr v WSOirv V v

I

ГЖЗ

ш&.

ВЩ,

-8.

Г4/