Устройство для управления преобразователем Советский патент 1981 года по МПК H02P13/16 

I

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению тиристорными преобразователями с зонно-фазовым регулированием напряжения, и может быть использовано на электроподвижном составе.

Известно устройство управления тиристорными преобразователями, содержащее индивидуальные для его плеч усилители импульсов с включенными на входе дополнительными (шунтирующими) тиристорами, выходы усилителей, фаза выходных сигналов которых соответствует углу опрежедения инвертора, соединены с входами тех усилителей, фаза выходных сигналов которых соответствует регулируемым углам открытия 13Недостатком этого устройства является сложность схемы из-за наличия дополнительных (шунтирующих входы Уси-. лителей) тиристоров и схемы управления ими.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для управления преобразователем, содержащее задатчики напряжения управления и смещения, регулятор угла опережения инвертора, элемент И-НЕ, выход которого подключен ко входу формирователя импульсов, первый его вход через нуль-орган и элемент сравнения соединены с выходом синхронизированного сетью генератора пилообразного напряжения, второй вход через транзисторный ключ соединен с выходом датчика угла коммутации, третий вход в режиме управления выпрямителем соединей с выходом фазоре гулятора минимального угла управления, а в режиме управления инвертором - с выходом элемента НЕ 2).

Цель изобретения - повышение надежности .

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления выпрямительио-инверторным преобразователем, содержащее задатчики напряжения управления и смещения, элемент И-НЕ, выход которого подключен ко входу формирователя импульсов, а первый его вход через нуль-орган и элемент сравнения соединен с выходом синхронизированного сетью генератора пилообразного напряжения, второй вход че рез транзисторный ключ соединен с вы ходом датчика угла коммутации, подклю ченного ко входу регулятора угла опе режения инвертора, третий вход через первый управляемый ключ соединен с выходом фазорегулятора минимального угла управлений, а через второй управляемый ключ - с выходом элемента НЕ, снабжено элементом временной задержки, делителем напряжения, вторым элементом сравнения, интегрирующим элементом, причем вход делителя напряжения соединен с выходом элемента И-НЕ, а выход интегрирующего элемента подключен ко второму входу первого элемента сравнения, выходы задатчиков напряжения управления и смещения подключены ко входу второго элемента сравнения, а элемент временной задержки включен между выходом регулятора угла опережения инвертора и входом элемента НТ, На фиг, 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 временные диаграммы напряжений в отдельных узлах устройства, управляюще го работой преобразователя в режиме выпрямления, на фиг. 3 временные диаграммы напряжений в узлах устройства, управляющего инверторным режимом работы преобразователя. Устройство содержит,задатчик 1 напряжения управления,.задатчик 2 от рицательного напряжения смещения, регулятор 3 угла опережения инвертор вход которого соединен с выходом дат чика i угла коммутации, элемент И-НЕ 5, формирователь 6 импульсов, последовательно соединенные нуль-орган 7, первый элемент 8 сравнения и генератор 9 пилообразного напряжения, тран зисторный ключ 10, фазорегулятор 11 минимального угла управления, выход которого через первый управляемый ключ 12 соединен с третьим входом элемента И-НЕ, к которому через второй управляемый ключ 13 подключен эл мент НЕ 1, последовательно соединен ными делителем 15 напряжения, вторым элементом 16 сравнения, интегрирующи элементом 17, причем вход делителя 1 напряжения соединен с выходом элемента И-НЕ 5. а выход интегрирующего 0 . 4 элемента 17 соединен со вторым входом первого элемента 8 сравнения, и элемент 18 временной задержки, включенный между выходом регулятора угла опережения и входом элемента НЕ Tt. Работа устройства осуществляется следующим образом, В режиме выпрямления ключ 12 замкнут, блок 13 разомкнут, транзисторный ключ 10 открыт. На выходе фазорегулятора 11 минимального угла управления формируются сигналы и прямоугольной формы, фаза переднего фронта которых соответствует минимальному (начальному) углу открытия ло отрегулированной ступени преобразователя, а фаза заднего фронта совпадает с li (фиг. 2). Эти сигналы через нормально закрытые блок-контакты ключа 12 подаются на третий вход элемента И-НЕ 5- На второй его вход подаются инвертированные транзисторным ключам 10 сигналы прямоугольной формы Ug с выхода датчика 4 угла коммутации. Фаза переднего фронта этих сигналов соответствует минимальному углу о от срытия тиристоров, а фаза заднего фронта совпадает с моментом окончания коммутации токов отрегулированной ступени преобразователя. Одновременно с этим на первом элементе 8 сравнения сигналы Uj с выхода генератора 9 пилообразного напряжения сравниваются с выходным напряжением U интегрирующего элемента 17 (фиг. 2). В зависимостиот знака напряжения на выходе элемента 8 сравнения нуль-орган 7 находится в одном из двух состояний - включено или выключено, а на его выходе формируются си|- налы прямоугольной формы U, которые подаются на первый вход элемента И-НЕ 5. При временном совпадении входных сигналов на выходе элемента И-НЕ 5 выделяются инверторные импульсы Ug, которые подаются на вход формирователя 6 импульсов. Фаза переднего фронта его выходных сигналов U7 совпадает с фазой заднего фронта сигналов U на выходе элемента И-НЕ 5- Через делитель 15 напряжения сигналы U подаются также на вход второго элемента 16 сравнения, где они суммируются с выходным напряжением управления Uj задатчика 1 напряжейия управления и входным отрицательным напряжением смещения J(. задатчика 2 отрицательного наг1ряжения 5 смещения. Результирующее напряжение суммирования Ug (фиг. 2) с выхода эл мента 1 сравнения подается на вход и .тегрирующего элемента 17, который уп равляет работой нуль-орган 7. На вхо интегрирующего элемента 17 воздействует знакопеременное напряжение прямоугольной формы Ug. Если за период квантования Т, определяемый частотой следования импульсов синхронизации , на входе интегрирующего элемента 17 вольтсекундная площадь суммы входных напряжений равна нулю, т.е. площадь положительного и отрицательного импульсов напряжения Ugне равны между собой, то начинает меняться напряжение U на выходе интегрируемо го элемента 17, что сопровождается изменением длительности выходных сиг налов и5 нуль-органа 7. При изменении фазы сигналов на выходе нуль-органа 7 orlf до момента окончания основной коммутации, т.е. до значения , все сигналы на входе элемента И-НЕ 5 совпадают по времени, а выходные сигналы и5 нуль-органа 7 имеют минимальную . длительность и на выходе элемента И-НЕ 5 формируются инвертированные сигналы, совпадающие с ними по фазе и длительности. Изменение длительности (фазы) си1- налов на выходе элемента И-НЕ 5 прекращается в том случае, если за период квантования Т вольт секундные площади положительного и отрицательного импульсов напряжения U на входе интегрирующего элемента 17 становятся равными между собой или когда фаза перднего фронта выходного сигнала нуль-органа равна или меньше T-d oПри неизменной амплитуде сигналов на выходе элемента И-НЕ 5 и неиз менном напряжении смещения выходе задатчика 2 каждому значению выходного напряжения управления Uy задатчика 1 соответствует вполне определенная длительность сигналов на выходе нуль-органа 7, а следовательно и на выходе элемента И-НЕ 5, ори которой напряжение на выходе элемента 16 сравнения за период квантования Т сохраняется равнь(м нулю. В исходном состоянии схемы устрой ства, т.е. до начала регулирования, напряжение управления Uv, на выходе задатчика 1 равно нулю. 0А На выходе нуль-органа 7 формируются импульсы Ug, фаза переднего фронта которых соответствует максимальному (начальному) углу регулирования / „ахт ° этих импульсов определяется величиной напряжения смещения и,-. на выходе задатчика 2, При изменении напряжения управления и на выходе задатчика 1 фаза импульсов на выходе, логического элемента И-НЁ 5 -юняется от максимального значения oiyyjQ55 7 ДО знамения . соответствующего моменту окончания основной коммутации. В этом же диапазоне меняется фаза и выходные сигналы U.- формирователя 6 импульсов, т.е. устройство обеспечивает не только регулирование фазы выходных сигналов в заданном диапазоне, но и обеспечивает запрет на их прохождение в интервале от О до момента окончания основной коммутации токов по плечам отрегулированного моста преобразователя. При переводе схемы устройства из режима управления выпрямителем (режим тяги) в режим управления ш-шерто ром (режим рекуперации) ключ 12 размыкается, а ключ 13 замыкается, транзисторный ключ 10 закрывается, а на выходе регулятора 3 угла опережения формируются импульсы прямоугольной формы, фаза переднего фронта которых равна отсчитываемому от О уГ лу оперох ения Po-ic- (-Тор ли fjo ТС-|Ь, где О - угол запаса инвертора (Гор угол основной коммутации, а 1 сГ-Гор. Так как в момент перевода схемы устройства из одного режима работы а .другой напряжение управления Uy на выходе задатчика 1 становится равным Нулю, а напряжение смещения Jci тается неизменным, то на выходе нульоргана 7 формируются импульсы прямоугольной формы (фиг. 3), фаза переднего фронта которых соответстеу-ет максимальному для режима выпрямления углу регулирования о упахт импульсы подаются на первый вход логического элемента И-НЕ 5На второй вход элемента И-НЕ 5 с выхода транзисторного ключа 10 вместо инвертированного сигнала с выхода датмйка 4 угла коммутации подается напряжение Ui (потенциальная единица), а на третий вход элемента И-НЕ 5 через ключ 13 вместо сигнала с выхода фазорегулятора 11 подается задержанный элементом 18 задержки на угол А и инвертированный элемент НЕ Н сигнал и с выхода регулятора 3 угла опережения {фиг. З).

Обьмно величина угла опережения )% инвертора меньше максимального (начальный) угла открытия тиристоров oi поэтому при ма.юй величине задержки Ь. сигнала с выхода регулятора 3 временное совпадение сигналов , U2 , УЗ на входе элемента И-НЕ 5 отсутствует и на его выходе формируется постоянное напряжение (потенциальная единица), которое через делитель 15 напряжения подается на один из входов второго элемента 16 сравнения (фиг. 1).

На выходе элемента 16 сравнения результирующее напряжение суммирования вместо знакопеременной формы становится постоянным, вольтсекундная площадь суммы напряжений на вход интегрирующего элемента 17 перестает быть равной нулю и его выходное напряжение начинает изменяться, что сопровождается изменением (увеличением длительности сигналов U, на выходе нуль-органа 7.

Увеличение длительности сигналов и на выходе нуль-органа 7 будет продолжаться до появления временного совпадения входных сигналов U , U2, иrt на выходе элемента И-НЕ 5 при котором площади положительного и отрицательного импульсов напряжения U на входе элемента 17 вновь станут равными между собой. Указанное равновесие наступает если фаза сзС yyictxp переднего фронта выходного сигнала и нуль-органа 7, а следовательно, и фаза заднего фронта выходного сигнала и элемента И-НЕ 5 принимает значение

d.

hnaxp

.-c -Top-«-uf

oi,

maxp

Итак, при подключении выхода элемента И-ИЕ 5 через делитель 15 напряжения, второй элемент 16 сравнения и

интегрирующий элемент 17 ко входу первого элемента сравнения, вводится связь между зависящими от режима работы инвертора углом опережения р- (угол (Ь зависит от величины угла коммутации tPop) и максимальным

92650.8

(начальным) углом регулирования который ранее устанавливался посредством только напряжения смещения U., на выходе задатчика 2. При этом, неJ зависимо от величины установленного в режиме выпрямления начального угла регулирования О упрлри величины угла опережения J3 после перевода схемы устройства в режим управления инверto тором величина максимального (начального) угла регулирования а.„„ „ всегrt -fLГПСЛ л

да меньше Tt - рВключение элемента 18 задержки между выходом регулятора 3 угла опе,j режения и логическим элементом НЕ 14 позволяет при необходимости регулировать величину а; шах рв пределах от

oi т ( fl° о wi а X т

Следует учесть, что перевод сило-,. вой схемы из выпрямительного в инверторный режим работы совпадает с моментом перевода схемы устройства и занимает значительно больший промежуток времени, чем время, за которое

25 в схеме устройства наступает установившийся (исходный) режим работы.

ЕСЛИ по каким-либо причинам к моменту перевода схемы устройства а

, режим управления инвертором величина угла опережения инвертора о -/Г-0+%р окажется больше максимального угла регулирования ( величину ДТ, равную (TO за счет наличия временного совпадения

35 входных сигналов логического элемента И-НЕ 5 на его выходе формируется сигнал минимальной длительности ДС, который через делитель 15 напряжения подается на один из входов второго

элемента 16 сравнения. Так как вели чина AT, равная 7Г-с --сГ- ор, меньше длительности1Т-то(.1а;1Т сигналов UA на выходе нуль-органа 7, формируе.мых в исходном состоянии схемы уст ройства, настроенного для управления выпрямителем (фиг. 2), то вольтсекундная площадь суммы напряжений на входе интегрируемого элемента 17 перестает быть равной нулю и его вы50 ходные напряжения начинают изменяться.

Изменение выходного напряжения интегрирующего элемента 17 сопровождается изменением (увеличением) дли55 тельности сигналов UA на выходе нуль органа 7.

Увеличение длительности cиj-нaлoв ид будет продолжаться до появления такого совпадения сигналов U Uo и%на входе элемента И-НЕ 5, при котором площади положительного и отрицательного импульсов напряжения на выходе элемента 17 вновь станут равными между собой. Такое состояние наступает в том случае, если ФазаоС „дхр переднего фронта сигналов U на выходе нуль-ор гана 7, а следовательно, фаза, заднего фронта выходных сигналов Ug элемента И-НЕ 5 и фаза импульсов У- на выходе формирователя принимает значение р .Здесь, как и в предыдущем случае, величина максимального (начального) угла открытия тиристоров инвертора всегда меньше угла опережения tt-|i,. о При изменении величины напряжения управления на выходе задатчика 1 (немало регулирования) фаза выходных сиг налов 7 Формирователя 6 импульсов изменяется до нуля (фиг. 3). Таким образом, введение новых элементов в предлагаемое устройство повы шает надежность работы. Формула изобретения Устройство для управления преобразователем, содержащее задатчики напря жения управления и смещения, элемент И-НЕ, выход которого подключен ко вхо50.10 ДУ формирователя импульсов, а первый его вход через нуль-орган и элемент сравнения соединен с выходом синхронизированного сетью генератора пилообразного напряжения, второй вход через транзисторный ключ соединен с выходом датчика угла коммутации, подключенного ко входу регулятора угла опережения инвертора, третий вход через первый управляемый ключ соединен с выходом фазорегулятора минимального угла управления, а через второй управляемый ключ - с выходом эле-. мента НЕ, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено элементом временной задержки, делителем напряжения, вторым элементом сравнения и интегрирующим элементом, причем вход делителя напряжения соединен с выходом элемента И-НЕ, а выход интегрирующего элемента подключен ко второму входу первого элемента сравнения, выходы задатчиков напряжения управления и смещения подключены ко входу второго элемента сравнения, а Элемент временной задержки включен между выходом регулятора угла опережения инвертора и входом элемента НЕ. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1. Электрическая и тепловозная тяа, 1976, № 5, с. 28. 2. Электрическая и тепловозная тярис. 3.