RU2709026C1 - Device for formation of minimum control angles - Google Patents

Device for formation of minimum control angles Download PDF

Info

Publication number
RU2709026C1
RU2709026C1 RU2019112666A RU2019112666A RU2709026C1 RU 2709026 C1 RU2709026 C1 RU 2709026C1 RU 2019112666 A RU2019112666 A RU 2019112666A RU 2019112666 A RU2019112666 A RU 2019112666A RU 2709026 C1 RU2709026 C1 RU 2709026C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
voltage
synchronizing pulses
formation
Prior art date
Application number
RU2019112666A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Михайлович Кулинич
Денис Юрьевич Дроголов
Сергей Анатольевич Шухарев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения"
Priority to RU2019112666A priority Critical patent/RU2709026C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2709026C1 publication Critical patent/RU2709026C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used, in particular, for control of converter on electric rolling stock of alternating current. Device for formation of minimum control angles comprises measuring voltage transformer, source of threshold voltage, unit of synchronizing pulses, channel for monitoring instantaneous value of voltage on thyristor arms, shaper of shortened synchronizing pulses, RS-trigger, inverter, univibrator, first and second logic elements NAND, logic element AND, clock pulse generator, reverse counter and logic element OR. Measuring voltage transformer and threshold voltage source are connected to first and second inputs of instantaneous voltage tracking channel on thyristor arms, respectively, synchronizing pulses unit is connected to input of shorter synchronizing pulses shaper, shortened synchronizing pulses shaper output is connected to inputof RS flip-flop and connected to first input of logic element AND through univibrator, output of tracking channel for instantaneous value of voltage on thyristor arms is connected to second input of logic element AND, output of which is connected to first input of first logic element NAND and through inverter is connected to first input of second logical element NAND, second inputs of the first and second NAND gates are connected to the output of the clock pulse generator, outputs of the first and second NAND gates are connected to the Up and Down inputs of the reverse counter, respectively, which output is connected through logic element OR to inputof RS flip-flop, which output is output of device for formation of minimum control angles.EFFECT: technical result consists in improvement of power factor due to application of new method of formation of minimum control angles, not depending on distortion of voltage shape.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, в частности, для управления тиристорным преобразователем на электроподвижном составе переменного тока с зонно-фазовым регулированием напряжения.The invention relates to electrical engineering and can be used, in particular, for controlling a thyristor converter on an electromotive composition of alternating current with zone-phase voltage regulation.

Во время работы электровозов переменного тока на отдельных участках железной дороги отмечается нестабильная работа электронной аппаратуры управления при сильных искажениях формы кривой питающего напряжения.During the operation of AC electric locomotives in some sections of the railway, unstable operation of electronic control equipment is noted with severe distortions in the shape of the supply voltage curve.

Сущность этого явления заключается в изменении момента формирования нерегулируемых по фазе импульсов управления, предназначенных для открытия в начале каждого полупериода тиристоров выпрямительно-инверторного преобразователя (ВИП) электровоза. Формирование импульсов осуществляется в моменты достижения такого уровня анодного напряжения на тиристоре, при котором обеспечивается его надежное открытие. В случае возникновения искажения формы кривой анодного напряжения на тиристоре, например, при коммутационных снижениях или послекоммутационных колебаниях напряжения изменяется величина угла формирования импульсов управления, отсчитываемого от начала полупериода, что влияет на уменьшение коэффициента мощности электровоза. При сильных искажениях формы кривой анодного напряжения происходит нестабильная работа, сбои и отказы в работе системы управления тиристорами электровоза.The essence of this phenomenon is to change the moment of formation of phase-uncontrolled control pulses intended to open an electric locomotive at the beginning of each half-cycle of the thyristors of a rectifier-inverter converter (VIP). The formation of pulses is carried out at the moment of reaching a level of the anode voltage on the thyristor, which ensures its reliable opening. In the event of a distortion in the shape of the anode voltage curve on the thyristor, for example, during switching drops or after switching voltage fluctuations, the angle of formation of the control pulses counted from the beginning of the half-cycle changes, which affects the decrease in the power factor of the electric locomotive. With severe distortion of the shape of the curve of the anode voltage, unstable operation occurs, crashes and failures in the operation of the thyristor control system of an electric locomotive.

Известно устройство для формирования импульсов управления для открытия тиристоров в ключе переменного тока [А.С. № 2097911 Ключ переменного тока (варианты). Автор изобретения Ю.С. Василенко. - Опубл. 27.11 1997 г. МПК Н02К 17/13; Н02К 17/56], позволяющее открывать тиристоры ключа при искажении формы кривой анодного напряжения, обусловленного снижением уровня этого напряжения.A device for generating control pulses for opening thyristors in an alternating current key [A.S. No. 2097911 Key of alternating current (options). The inventor Yu.S. Vasilenko. - Publ. November 27, 1997 IPC Н02К 17/13; H02K 17/56], which allows you to open the thyristors of the key when the shape of the curve of the anode voltage is distorted due to a decrease in the level of this voltage.

Формирование импульсов управления осуществляется за счет того, что отпирающий импульс подается на тиристор ключа переменного тока вблизи момента перехода синусоиды переменного тока через нулевое значение. При этом длительность этого импульса равна удвоенному интервалу времени от момента перехода синусоиды переменного тока через нулевое значение до момента времени, когда мгновенное значение синусоиды переменного тока будет равно току удержания тиристора в открытом состоянии. Формирование широких импульсов управления тиристорами позволяет открывать тиристоры ключа переменного тока при искаженной форме кривой анодного напряжения, обусловленной снижением в начале полупериода уровня этого напряжения.The formation of control pulses is due to the fact that the unlocking pulse is applied to the thyristor of the alternating current switch near the moment when the alternating current sine wave passes through the zero value. In this case, the duration of this pulse is equal to twice the time interval from the moment the AC sinusoid passes through the zero value to the moment when the instantaneous value of the AC sinusoid is equal to the current holding the thyristor in the open state. The formation of wide thyristor control pulses allows you to open the thyristors of the AC key with a distorted shape of the anode voltage curve due to a decrease in the level of this voltage at the beginning of the half-period.

Устройство ключа переменного тока согласно первому варианту содержит первый и второй тиристоры, первый и второй резисторы, первый - четвертый диоды, транзистор и нагрузку.The alternating current switch device according to the first embodiment comprises first and second thyristors, first and second resistors, first and fourth diodes, a transistor and a load.

Первый и второй встречно-параллельно включенные тиристоры через нагрузку подключены к первой и второй шине сети переменного тока. Управляющие электроды тиристоров через первый и второй резисторы соединены со своими катодами и катодами первого и второго диодов, объединенные аноды которых связаны с эмиттером транзистора. Коллектор транзистора подключен к точке соединения катодов третьего и четвертого диодов. Анод третьего диода соединен с катодом первого тиристора и нагрузкой, анод четвертого диода подключен к катоду второго тиристора. Цепь управляющего импульса подключена к базе транзистора и к общей точке соединения анодов первого и второго диодов.The first and second counter-parallel connected thyristors are connected through a load to the first and second bus of the AC network. The thyristor control electrodes are connected through their first and second resistors to their cathodes and cathodes of the first and second diodes, the combined anodes of which are connected to the emitter of the transistor. The collector of the transistor is connected to the junction of the cathodes of the third and fourth diodes. The anode of the third diode is connected to the cathode of the first thyristor and the load, the anode of the fourth diode is connected to the cathode of the second thyristor. The control pulse circuit is connected to the base of the transistor and to the common connection point of the anodes of the first and second diodes.

Ключ переменного тока работает следующим образом.The AC key works as follows.

При подключении базы и эмиттера транзистора к схеме управления, а входных клемм ключа к сети переменного тока схема управления вырабатывает управляющий импульс, длительность которого равна удвоенной величине времени от момента прохождения синусоиды переменного тока через нулевое значение до момента времени, когда мгновенное значение синусоиды переменного тока будет равно току удержания тиристора в открытом состоянии.When the base and emitter of the transistor are connected to the control circuit, and the input terminals of the key are connected to the AC mains, the control circuit generates a control pulse whose duration is twice the time from the moment the AC sinusoid passes through the zero value until the moment when the instantaneous value of the AC sinusoid is equal to the current holding the thyristor in the open state.

Транзистор открывается на время импульса управления Тупр и даже когда ток, протекающий через тиристор, будет ниже тока удержания он отключается, а ток через нагрузку продолжает протекать в первый полупериод по цепи: первая клемма питающей сети, нагрузка, третий диод, коллектор-эмиттер транзистора, второй диод, управляющий электрод-катод второго тиристора, вторая клемма сети. Аналогично происходит протекание тока нагрузки во втором полупериоде. При отключении импульса управления транзистор закрывается, первый и второй тиристоры также закрываются при первом же прохождении синусоиды переменного тока вблизи нулевого значения, когда анодный ток тиристора снижается ниже тока удержания. При этом ключ переменного тока размыкается.The transistor opens for the duration of the control pulse T control and even when the current flowing through the thyristor is lower than the holding current, it turns off, and the current through the load continues to flow in the first half-cycle along the circuit: the first terminal of the supply network, load, third diode, collector-emitter of the transistor , the second diode, the control electrode-cathode of the second thyristor, the second terminal of the network. Similarly, the load current flows in the second half-cycle. When the control pulse is turned off, the transistor closes, the first and second thyristors also close when the AC sinusoid passes the first time near zero, when the anode current of the thyristor decreases below the holding current. At the same time, the AC key opens.

Таким образом, устройство для формирования импульсов для открытия тиристоров в ключе переменного тока позволяет за счет формирования широких управляющих импульсов повысить устойчивость работы ключа переменного тока в режимах работы, сопровождающихся искажением формы кривой анодного напряжения, обусловленной снижением в начале полупериода уровня этого напряжения.Thus, the device for generating pulses for opening thyristors in an alternating current key allows, through the formation of wide control pulses, to increase the stability of the alternating current switch in operating modes, accompanied by distortion of the shape of the anode voltage curve due to a decrease in the level of this voltage at the beginning of the half-period.

Однако работа устройства для формирования импульсов является недостаточно устойчивой при сильных искажениях формы кривой анодного напряжения и вызывает сбои в работе ключа переменного тока в случае, когда продолжительность интервала снижения формы кривой питающего напряжения превышает время подачи импульса управления Тупр.However, the operation of the device for generating pulses is not stable with severe distortion of the shape of the curve of the anode voltage and causes malfunctions in the AC key in the case when the duration of the interval for reducing the shape of the curve of the supply voltage exceeds the time of supply of the control pulse T control

Другим недостатком устройством для формирования импульсов является нестабильность его работы при сильных искажениях формы кривой анодного напряжения, связанных с послекоммутационными колебаниями напряжения, поскольку ошибка в формировании импульсов управления Тупр приводит к сбоям в работе ключа переменного тока.Another disadvantage of the device for generating pulses is the instability of its operation with severe distortion of the shape of the anode voltage curve associated with post-switching voltage fluctuations, since an error in the formation of control pulses T control leads to malfunctions of the AC key.

Наиболее близким по техническим решениям и достигаемому результату является устройство для формирования минимальных углов управления, установленное в блоке регулирования угла запаса инвертора (БРУЗ) электровоза ВЛ85 [Кулинич Ю.М. Устройство и работа выпрямительно-инверторного преобразователя. - Локомотив, 2001, №3, с. 19-22], которое содержит измерительный трансформатор напряжения, источник порогового напряжения, блок синхронизирующих импульсов, канал слежения за мгновенным значением напряжения на тиристорных плечах, RS - триггер, фазорегулятор и формирователь укороченных синхронизирующих импульсов. Фазорегулятор представляет собой систему автоматического регулирования.The closest in technical solutions and the achieved result is a device for the formation of minimum control angles installed in the control unit of the angle of the inverter (BRUZ) of the electric locomotive VL85 [Kulinich Yu.M. The device and operation of the rectifier-inverter converter. - Lokomotiv, 2001, No. 3, p. 19-22], which contains a voltage measuring transformer, a threshold voltage source, a block of synchronizing pulses, a channel for monitoring the instantaneous voltage value on the thyristor arms, RS - a trigger, a phase regulator, and a shaper of shortened synchronizing pulses. The phasoregulator is an automatic control system.

Измерительный трансформатор напряжения и источник порогового напряжения подключены, соответственно, к первому и второму входу канала слежения за мгновенным значением напряжения на тиристорных плечах, выход которого соединен с входом

Figure 00000001
RS - триггера. Блок синхронизирующих импульсов через формирователь укороченных синхронизирующих импульсов связан с входом
Figure 00000002
RS - триггера и вторым входом фазорегулятора. Выход RS - триггера подключен к первому входу фазорегулятора, выход которого соединен с третьим входом фазорегулятора. Выход фазорегулятора является выходом устройства для формирования минимальных углов управления.A voltage measuring transformer and a threshold voltage source are connected, respectively, to the first and second input of the tracking channel for the instantaneous voltage value on the thyristor arms, the output of which is connected to the input
Figure 00000001
RS - trigger. The block of synchronizing pulses through the shaper of shortened synchronizing pulses is connected to the input
Figure 00000002
RS - trigger and the second input of the phase regulator. RS - trigger output is connected to the first input of the phase regulator, the output of which is connected to the third input of the phase regulator. The output of the phase regulator is the output of the device for forming minimum control angles.

Устройство для формирования минимальных углов управления работает следующим образом.A device for forming minimum control angles operates as follows.

На выходе измерительного трансформатора напряжения формируется напряжение слежения Uсл, пропорциональное анодному напряжению на тиристорах выпрямительно-инверторного преобразователя (ВИП) электровоза. Источник порогового напряжения задает уровень порогового напряжения Uп, необходимый для открытия тиристоров выпрямительно-инверторного преобразователя. Величина напряжения Uп обеспечивает задержку управляющих импульсов α0 на 7-11 эл. град. от начала полупериода при неискаженной форме номинального напряжения контактной сети 25 кВ. Канал слежения за мгновенным значением напряжения на тиристорных плечах формирует управляющие импульсы α0 после достижения напряжения слежения Uсл порогового уровня Uп, необходимого для включения тиристоров ВИП. Блок синхронизирующих импульсов генерирует синхронизирующие импульсы Uси в моменты перехода через ноль напряжения слежения Uсл. Формирователь укороченных синхронизирующих импульсов формирует укороченные по времени синхронизирующие импульсы

Figure 00000003
по фронту синхронизирующих импульсов Uси, что позволяет повысить точность регулирования. Импульсы α0 поступают на первый вход RS - триггера, на его второй вход подаются укороченные синхронизирующие импульсы
Figure 00000004
. RS - триггер переключается по срезу входных импульсов, в начале каждого полупериода по срезу импульса
Figure 00000005
триггер переходит в единичное состояние, первый же срез импульса α0 переключает триггер в нулевое состояние. Последующие изменения напряжения на первом входе триггера не приводят к его переключению. Таким образом, длительность импульса на выходе RS - триггера соответствует углу α0, необходимому для открытия тиристоров ВИП при данном уровне питающего напряжения. На входе фазорегулятора сравниваются импульсы α0 и импульсы
Figure 00000006
поступающие на третий вход фазорегулятора с его выхода. Фазорегулятор автоматически поддерживает равенство фазы его выходных импульсов
Figure 00000007
и импульсов α0, формируемых RS - триггером.At the output of the measuring voltage transformer, a tracking voltage U sl is formed , proportional to the anode voltage on the thyristors of the rectifier-inverter converter (VIP) of the electric locomotive. The threshold voltage source sets the threshold voltage level U p required to open the thyristors of the rectifier-inverter converter. The magnitude of the voltage U p provides a delay of the control pulses α 0 7-11 e. hail. from the beginning of the half-cycle with an undistorted form of the rated voltage of the contact network 25 kV. The tracking channel for the instantaneous voltage value on the thyristor arms generates control pulses α 0 after reaching the tracking voltage U sl threshold level U p necessary to turn on the thyristors VIP. The block of synchronizing pulses generates synchronizing pulses U si at the moments of transition through zero tracking voltage U SL . Shorter sync pulse generator generates time-shortened sync pulses
Figure 00000003
along the front of the synchronizing pulses U si , which allows to increase the accuracy of regulation. Pulses α 0 arrive at the first input of the RS-trigger, shortened synchronizing pulses are fed to its second input
Figure 00000004
. RS - the trigger switches by cutting the input pulses, at the beginning of each half-cycle by cutting the pulse
Figure 00000005
the trigger goes into a single state, the first slice of the pulse α 0 switches the trigger to the zero state. Subsequent changes in the voltage at the first input of the trigger do not lead to its switching. Thus, the pulse duration at the output of the RS - trigger corresponds to the angle α 0 necessary to open the thyristors of the VIP at a given supply voltage level. At the input of the phase regulator, pulses α 0 and pulses are compared
Figure 00000006
coming to the third input of the phase regulator from its output. The phase regulator automatically maintains the phase equality of its output pulses
Figure 00000007
and pulses α 0 generated by the RS - trigger.

Достоинство известного устройства для формирования минимальных углов управления заключается в том, что схема фазорегулятора остается работоспособной во время коммутации, вызывающей в начале полупериода провалы и искажения напряжения слежения Uсл ниже порогового напряжения Uп. Это обусловлено большой постоянной времени τ фазорегулятора, которая позволяет усреднять за время τ реальный угол управления

Figure 00000008
что обеспечивает помехозащищенность контура фазорегулирования.The advantage of the known device for forming minimum control angles is that the phase regulator circuit remains operational during switching, causing dips and distortion of the tracking voltage U cl below the threshold voltage U p at the beginning of the half-cycle. This is due to the large time constant τ of the phase regulator, which makes it possible to average the real control angle over time τ
Figure 00000008
which provides noise immunity of the phase control loop.

Другим достоинством известного устройства являются его повышенные энергетические показатели, обусловленные тем, что устройство позволяет формировать управляющие импульсы при искажениях формы кривой питающего напряжения, обусловленными послекоммутационными колебаниями напряжения. Это связано с тем, что RS - триггер срабатывает после достижения напряжения слежения Ucл порогового напряжения Uп, а послекоммутационными колебаниями напряжения не влияют на его переключение.Another advantage of the known device is its increased energy performance, due to the fact that the device allows you to generate control pulses when the distortion of the shape of the supply voltage curve due to post-switching voltage fluctuations. This is due to the fact that the RS - trigger is triggered when the tracking voltage U cl reaches the threshold voltage U p , and after switching voltage fluctuations do not affect its switching.

Однако известного устройства для формирования минимальных углов управления понижает энергетические показатели электровоза при искажении формы кривой напряжения слежения Uсл, обусловленные статической погрешностью в формировании реального угла управления

Figure 00000009
. Статическая погрешность при формировании импульсов управления
Figure 00000009
обусловлена погрешностью системы автоматического регулирования, применяемой в фазорегуляторе, которая составляет в установившемся режиме 1-2 эл. град. [Кулинич Ю.М. Испытания электровоза ВЛ85 с разнофазным управлением выпрямительно-инверторными преобразователями / Ю.М. Кулинич, В.В. Находкин и др. М: Вестник ВНИИЖТ, - 1986. №4, с. 23-26.].However, the known device for forming minimum control angles lowers the energy performance of the electric locomotive when the shape of the tracking voltage curve U sl is distorted due to a static error in the formation of the real control angle
Figure 00000009
. Static error in the formation of control pulses
Figure 00000009
due to the error of the automatic control system used in the phase regulator, which is in the steady state 1-2 e. hail. [Kulinich Yu.M. Tests of an electric locomotive VL85 with different-phase control of rectifier-inverter converters / Yu.M. Kulinich, V.V. Nakhodkin and others. M: Vestnik VNIIZHT, - 1986. No. 4, p. 23-26.].

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке устройства для формирования минимальных углов управления, работающего без сбоев при сильных искажениях формы питающего напряжения и лишенного статической погрешности при формировании импульсов управления за счет того, что устройство срабатывает только в моменты равенства напряжения слежения и порогового напряжения и, как следствие, повышает значения коэффициента мощности Км электровоза.The problem solved by the invention is to develop a device for forming minimal control angles, working without failures with severe distortions in the shape of the supply voltage and devoid of static error in the formation of control pulses due to the fact that the device only works when the tracking voltage and threshold voltage are equal, and, as a result, increases the power factor K m of the electric locomotive.

Для решения поставленной задачи в устройство для формирования минимальных углов управления, содержащем измерительный трансформатор напряжения, источник порогового напряжения, блок синхронизирующих импульсов, канал слежения за мгновенным значением напряжения на тиристорных плечах и формирователь укороченных синхронизирующих импульсов, при этом измерительный трансформатор напряжения и источник порогового напряжения подключены, соответственно, к первому и второму входу канала слежения за мгновенным значением напряжения на тиристорных плечах, блок синхронизирующих импульсов связан с входом формирователя укороченных синхронизирующих импульсов введены RS - триггер, инвертор, одновибратор, логический элемент И, первый и второй логические элементы И-НЕ, генератор тактовых импульсов, реверсивный счетчик и логический элемент ИЛИ, при этом выход формирователя укороченных синхронизирующих импульсов подключен к входу

Figure 00000010
RS - триггера и через одновибратор соединен с первым входом логического элемента И, выход канала слежения за мгновенным значением напряжения на тиристорных плечах связан со вторым входом логического элемента И, выход которого подключен к первому входу первого логического элемента И-НЕ и через инвертор связан с первым входом второго логического элемента И-НЕ, вторые входы первого и второго логических элементов И-НЕ подключены к выходу генератора тактовых импульсов, выходы первого и второго логических элементов И-НЕ соединены, соответственно, с входами Up и Down реверсивного счетчика, выход которого через логический элемент ИЛИ подключен к входу
Figure 00000011
RS - триггера, выход которого является выходом устройства для формирования минимальных углов регулирования.To solve this problem, a device for forming minimum control angles, comprising a voltage measuring transformer, a threshold voltage source, a block of synchronizing pulses, a channel for tracking the instantaneous voltage value on the thyristor arms and a shorter synchronized pulse pulses, while the voltage measuring transformer and threshold voltage source are connected , respectively, to the first and second input of the tracking channel for the instantaneous value of the thyristor voltage shoulders, the block of synchronizing pulses is connected to the input of the shaper of shortened synchronizing pulses RS - trigger, inverter, one-shot, AND logic element, the first and second logical elements NAND, clock generator, reversible counter and OR logic element, the output of the shaper shortened clock pulses connected to the input
Figure 00000010
RS - trigger and through a one-shot connected to the first input of the logical element And, the output of the channel for monitoring the instantaneous voltage value on the thyristor arms is connected to the second input of the logical element And, the output of which is connected to the first input of the first logical element AND NOT and connected through the inverter to the first the input of the second logical element AND NOT, the second inputs of the first and second logical elements AND NOT connected to the output of the clock generator, the outputs of the first and second logic elements AND NOT connected, respectively but with the inputs and Down Up-down counter whose output through an OR gate connected to the input
Figure 00000011
RS - trigger, the output of which is the output of the device for the formation of minimum control angles.

Введение в устройство для формирования минимальных углов управления RS - триггера, инвертора, одновибратора, первого и второго логических элементов И-НЕ, логического элемента И, генератора тактовых импульсов, реверсивного счетчика и логического элемента ИЛИ и образование новых взаимосвязей между элементами устройства отличает заявляемое решение от прототипа. Наличие существенных отличительных признаков в заявляемом решении свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности изобретения «новизна».Introduction to the device for the formation of minimum control angles RS - trigger, inverter, one-shot, the first and second logical elements NAND, logical element AND, clock, reverse counter and logical element OR and the formation of new relationships between the elements of the device distinguishes the claimed solution from prototype. The presence of significant distinguishing features in the claimed solution indicates its compliance with the patentability criterion of the invention of “novelty”.

Введение в устройство для формирования минимальных углов управления RS - триггера, инвертора, одновибратора, первого и второго логических элементов И-НЕ, логического элемента И, генератора тактовых импульсов, реверсивного счетчика и логического элемента ИЛИ и образование новых взаимосвязей между элементами устройства приводит к формированию минимальных углов регулирования при сильных искажениях формы питающего напряжения и отсутствии статической погрешности при формировании импульсов управления за счет того, что устройство срабатывает только в моменты равенства напряжения слежения и порогового напряжения и, как следствие, повышает значения коэффициента мощности Км электровоза.Introduction to the device for forming minimum control angles RS - a trigger, an inverter, a single vibrator, the first and second logical elements NAND, a logical element AND, a clock generator, a reverse counter and an OR logic element and the formation of new relationships between the elements of the device leads to the formation of minimum control angles with strong distortions in the shape of the supply voltage and the absence of static error during the formation of control pulses due to the fact that the device is triggered It only occurs when the tracking voltage and the threshold voltage are equal and, as a result, increases the power factor K m of the electric locomotive.

Это обусловлено тем, что в заявляемом устройстве формирование минимальных углов регулирования при сильных искажениях формы питающего напряжения и отсутствии статической погрешности при формировании импульсов управления обеспечивается за счет определения момента равенства напряжения слежения и порогового напряжения не в начале, а в конце полупериода напряжения слежения. Кроме того, повышение коэффициента мощности Км приводит к снижению потерь мощности в сети между электровозом и подстанцией.This is due to the fact that in the inventive device, the formation of minimum control angles with strong distortions in the shape of the supply voltage and the absence of a static error in the formation of control pulses is provided by determining the moment of equality of the tracking voltage and the threshold voltage not at the beginning, but at the end of the half-period of the tracking voltage. In addition, an increase in the power factor K m leads to a decrease in power losses in the network between the electric locomotive and the substation.

Причинно-следственная связь «Введение в устройство для формирования минимальных углов управления RS - триггера, инвертора, одновибратора, первого и второго логических элементов И-НЕ, логического элемента И, генератора тактовых импульсов, реверсивного счетчика и логического элемента ИЛИ и образование новых взаимосвязей между элементами устройства приводит к формированию минимальных углов регулирования при сильных искажениях формы питающего напряжения и отсутствии статической погрешности при формировании импульсов управления за счет того, что устройство срабатывает только в моменты равенства напряжения слежения и порогового напряжения и, как следствие, повышает значения коэффициента мощности Км электровоза» не обнаружена в уровне техники и явным образом не следует из него, что свидетельствует о ее новизне. Наличие новой причинно-следственной связи, проявляемой в заявляемом устройстве, свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».Causal relationship "Introduction to the device for forming the minimum control angles RS - trigger, inverter, one-shot, first and second logical elements NAND, logical element AND, clock generator, reversible counter and logical element OR and the formation of new relationships between elements the device leads to the formation of minimum control angles with severe distortions in the shape of the supply voltage and the absence of static error in the formation of control pulses due to the fact that the device is triggered only when the tracking voltage and the threshold voltage are equal and, as a result, increases the power factor K m of the electric locomotive is not found in the prior art and does not explicitly follow from it, which indicates its novelty. The presence of a new causal relationship manifested in the inventive device, indicates the compliance of the proposed solutions to the patentability criterion of the invention "inventive step".

На фиг. 1 представлена схема устройства для формирования минимальных углов управления, позволяющая раскрыть работоспособность и «промышленную применимость» заявляемого решения.In FIG. 1 shows a diagram of a device for forming minimal control angles, allowing to reveal the performance and "industrial applicability" of the proposed solution.

На фиг. 2 показаны диаграммы, поясняющие работу устройства для формирования минимальных углов управления.In FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of the device for forming minimum control angles.

Устройство для формирования минимальных углов управления содержит измерительный трансформатор напряжения 1, источник порогового напряжения 2, блок синхронизирующих импульсов 3, канал слежения за мгновенным значением напряжения на тиристорных плечах 4, формирователь укороченных синхронизирующих импульсов 5, RS - триггер 6, инвертор 7, одновибратор 8, первый 9 и второй 10 логические элементы И-НЕ, логический элемент И 11, генератор тактовых импульсов 12, реверсивный счетчик 13 и логический элемент ИЛИ 14.The device for forming minimum control angles contains a voltage measuring transformer 1, a threshold voltage source 2, a block of synchronizing pulses 3, a channel for tracking the instantaneous voltage value on the thyristor arms 4, a shaper of shortened synchronizing pulses 5, RS — trigger 6, inverter 7, one-shot 8, the first 9 and second 10 logical elements AND NOT, the logical element AND 11, the clock generator 12, the reverse counter 13 and the logical element OR 14.

Измерительный трансформатор напряжения 1 и источник порогового напряжения 2 подключены, соответственно, к первому и второму входу канала слежения за мгновенным значением напряжения на тиристорных плечах 4, блок синхронизирующих импульсов 3 связан с входом формирователя укороченных синхронизирующих импульсов 5, выход формирователя укороченных синхронизирующих импульсов 5 подключен к входу

Figure 00000012
RS - триггера 6 и через одновибратор 8 соединен с первым входом логического элемента И 11, выход канала слежения за мгновенным значением напряжения на тиристорных плечах 4 связан со вторым входом логического элемента И 11, выход которого подключен к первому входу первого логического элемента И-НЕ 9 и через инвертор 7 связан с первым входом второго логического элемента И-НЕ 10, вторые входы первого 9 и второго 10 логических элементов И-НЕ подключены к выходу генератора тактовых импульсов 12, выходы первого 9 и второго 10 логических элементов И-НЕ соединены, соответственно, с входами Up и Down реверсивного счетчика 13, выход которого через логический элемент ИЛИ 14 подключен к входу
Figure 00000013
RS - триггера 6, выход которого является выходом устройства для формирования минимальных углов управления.The voltage measuring transformer 1 and the threshold voltage source 2 are connected, respectively, to the first and second input of the tracking channel for monitoring the instantaneous voltage value on the thyristor arms 4, the synchronizing pulse block 3 is connected to the input of the shortened synchronizing pulse shaper 5, the output of the shortened synchronizing pulse shaper 5 is connected to entrance
Figure 00000012
RS - trigger 6 and through a single vibrator 8 is connected to the first input of the logical element And 11, the output of the channel for tracking the instantaneous voltage value on the thyristor arms 4 is connected to the second input of the logical element And 11, the output of which is connected to the first input of the first logical element AND-NOT 9 and through an inverter 7 is connected to the first input of the second logical element AND-NOT 10, the second inputs of the first 9 and second 10 logic elements AND are NOT connected to the output of the clock generator 12, the outputs of the first 9 and second 10 logic elements are NOT connected enes, respectively, to the inputs and Down Up-down counter 13, the output of which through the OR gate 14 is connected to the input
Figure 00000013
RS - trigger 6, the output of which is the output of the device for the formation of minimum control angles.

Устройство для формирования минимальных углов управления работает следующим образом.A device for forming minimum control angles operates as follows.

Напряжение слежения Uсл с выхода измерительного трансформатора напряжения 1 и пороговое напряжение Uп с выхода источника порогового напряжения 2 поступают, соответственно, на первый и второй входы канала слежения за мгновенным значением напряжения на тиристорных плечах 4 (фиг. 2,а), на выходе которого формируется двоичный сигнал Uα0 (фиг. 2,б), изменяющийся в моменты сравнения напряжений Uсл и Uп. Блок синхронизирующих импульсов 3 генерирует синхронизирующие импульсы UСИ (фиг. 2,в) в моменты (0, π, 2π…) прохождения напряжения слежения Uсл через нулевое значение. Формирователь укороченных синхронизирующих импульсов 5 формирует укороченные синхронизирующие импульсы

Figure 00000014
(фиг. 2,г) по фронту синхронизирующих импульсов UСИ.The tracking voltage U SL from the output of the voltage measuring transformer 1 and the threshold voltage U p from the output of the threshold voltage source 2 are supplied, respectively, to the first and second inputs of the tracking channel for monitoring the instantaneous voltage value on the thyristor arms 4 (Fig. 2, a ), at the output which is formed by a binary signal U α0 (Fig. 2, b), changing at the moments of comparison of voltages U SL and U p . Block synchronizing pulses 3 generates synchronizing pulses U SI (Fig. 2, c) at the moments (0, π, 2π ...) the passage of the tracking voltage U SL through a zero value. The generator of shortened synchronizing pulses 5 generates a shortened synchronizing pulses
Figure 00000014
(Fig. 2, d) along the front of the synchronizing pulses U SI .

Из фиг. 2,а следует, что уменьшение напряжение слежения Uсл (интервал π - t1) вызвано искажениями, связанными с процессами коммутации, происходящими в начале полупериода. Это приводит к изменению формы сигнала Uα0 (фиг. 2,б) на выходе канала слежения за мгновенным значением напряжения на тиристорных плечах 4 и, соответственно, к ошибке и сбоям при формировании минимальных углов управления α0.From FIG. 2a, it follows that a decrease in the tracking voltage U SL (interval π - t 1 ) is caused by distortions associated with switching processes occurring at the beginning of the half-period. This leads to a change in the waveform U α0 (Fig. 2, b) at the output of the tracking channel for monitoring the instantaneous voltage value on the thyristor arms 4 and, accordingly, to errors and failures in the formation of minimum control angles α 0 .

Одновибратор 8 в начале каждого полупериода формирует по сигналам укороченных синхронизирующих импульсов

Figure 00000015
двоичный нулевой сигнал UОB (фиг. 2,д) продолжительностью τОВ. Высокий уровень напряжения этого сигнала разрешает прохождение сигнала Uα0 через логический элемент И 11. В результате этого в конце полупериода на выходе логического элемента И 11 образуется сигнал высокого уровня UИ (фиг. 2,е) на интервале от момента равенства напряжений Uсл=Uп до окончания полупериода (π, 2π …). Продолжительность этого сигнала соответствует минимальному углу управления α0. При этом сформированный на выходе логического элемента И 11 сигнал (фиг. 2,е) не зависит от искажения формы напряжения слежения Uсл в начале полупериода, а определяется заданным значением минимального угла управления α0. Таким образом продолжительность интервалов α0 (фиг. 2,е) в устройстве определяется не в начале, а в конце полупериода напряжения слежения Uсл.The one-shot 8 at the beginning of each half-cycle generates signals of shortened synchronizing pulses
Figure 00000015
binary zero signal U ОB (Fig. 2, d) with duration τ ОВ . The high voltage level of this signal allows the signal U α0 to pass through the logic element And 11. As a result, at the end of the half-period at the output of the logic element And 11, a high level signal U And (Fig. 2e) is formed in the interval from the moment of equal voltage U sl = U p until the end of the half-period (π, 2π ...). The duration of this signal corresponds to the minimum control angle α 0 . In this case, the signal generated at the output of the logic element And 11 (Fig. 2, e) does not depend on the distortion of the shape of the tracking voltage U sl at the beginning of the half-cycle, but is determined by the set value of the minimum control angle α 0 . Thus, the duration of the intervals α 0 (Fig. 2, e) in the device is determined not at the beginning, but at the end of the half-period of the tracking voltage U sl .

С помощью первого 9, второго 10 логических элементов И-НЕ и инвертора 7 осуществляется распределение тактовых импульсов генератора тактовых импульсов 12 между входами Up и Down реверсивного счетчика 13. В случае высокого уровня напряжения UИ на выходе логического И 11 (фиг. 2,е) тактовые импульсы поступают на вход Up реверсивного счетчика 13 (фиг. 2,ж), при нулевом уровне сигнала UИ они направляются на другой вход Down реверсивного счетчика 13 (фиг. 2,з).Using the first 9, second 10 logical elements AND-NOT and the inverter 7, the clock pulses are distributed between the clock pulses generator 12 between the inputs Up and Down of the reversible counter 13. In the case of a high voltage level U And the output of the logical And 11 (Fig. 2, e ) clock pulses are fed to the input Up of the reverse counter 13 (Fig. 2, g), at a zero signal level U And they are sent to another input Down of the reverse counter 13 (Fig. 2, h).

Тактовые импульсы, приходящие на вход Up реверсивного счетчика 13 (фиг. 2,ж), за время интервала α0 увеличивают его выходной код Ксч, тактовые импульсы, поступающие на другой вход Down реверсивного счетчика 13 (фиг. 2,з), за это же время уменьшают код счетчика Ксч до нуля (фиг. 2,и). Таким образом, процесс уменьшения кода счетчика Ксч происходит за время, соответствующее минимальному углу управления α0. Выходной код реверсивного счетчика Ксч поступает на вход логического элемента ИЛИ 14. В процессе работы реверсивного счетчика 13, т.е. при Ксч≠0 сигнал UИЛИ на выходе логического элемента ИЛИ 14 соответствует лог. 1. При обнулении выходного кода реверсивного счетчика 13, т.е. при Ксч=0 логический элемент ИЛИ 14 также переходит в нулевое состояние UИЛИ=0.The clock pulses arriving at the input Up of the reverse counter 13 (Fig. 2, g), during the interval α 0 increase its output code K cc , the clock pulses arriving at the other input Down of the reversing counter 13 (Fig. 2, h), for at the same time, the counter code K cc is reduced to zero (Fig. 2, and). Thus, the process of decreasing the counter code K sc occurs in a time corresponding to the minimum control angle α 0 . The output code of the reversible counter K sc is fed to the input of the logical element OR 14. In the process of operation of the reversible counter 13, i.e. when K sc ≠ 0, the signal U OR at the output of the logical element OR 14 corresponds to the log. 1. When zeroing the output code of the reverse counter 13, ie when K sc = 0, the logical element OR 14 also goes into the zero state U OR = 0.

Формирование фронта выходного сигнала устройства Uвых длительностью α0 (фиг. 2,л) происходит на выходе RS - триггера 6 по срезу укороченных синхронизирующих импульсов

Figure 00000016
(фиг. 2,г), обнуление RS - триггера 6 также происходит по срезу сигнала UИЛИ. Из построений на фиг. 2,л следует, что выходной сигнал устройства Uвых определяется минимальным углом управления α0, соответствующим достижению неискаженной формы напряжения слежения Uсл уровня порогового напряжения Uп.The formation of the front of the output signal of the device U out with a duration of α 0 (Fig. 2, l) occurs at the output of the RS - trigger 6 by cutting a shortened synchronizing pulses
Figure 00000016
(Fig. 2, d), zeroing of the RS-trigger 6 also occurs by cutting off the signal U OR . From the constructions in FIG. 2, it follows that the output signal of the device U o is determined by the minimum control angle α 0 , corresponding to the achievement of the undistorted form of the tracking voltage U sl of the threshold voltage level U p .

Таким образом, генерируемый устройством выходной сигнал соответствует минимальному углу управления α0, который не зависит от искажения формы напряжения слежения (интервал π - t1 на рис. 2), связанного с коммутацией. Кроме того, устройство лишено статической ошибки при формировании сигнала α0, поскольку в структуре заявляемого устройства не применяется автоматический регулятор. Все это позволяет повысить коэффициента мощности Км электровоза.Thus, the output signal generated by the device corresponds to the minimum control angle α 0 , which does not depend on the distortion of the shape of the tracking voltage (interval π - t 1 in Fig. 2) associated with switching. In addition, the device is devoid of static error in the formation of the signal α 0 , since the structure of the claimed device does not use an automatic regulator. All this allows you to increase the power factor K m electric locomotive.

Испытания заявляемого преобразователя однофазно-постоянного тока на электровозе ВЛ65 в локомотивном депо Белогорск Забайкальской железной дороги показали, что минимальный угол открытия тиристоров можно уменьшить с 9,0 до 2-2,5 эл. град. при работе электровоза на четвертой зоне регулирования. При этом обеспечивается устойчивая работа локомотива на всех зонах регулирования, а коэффициент мощности увеличился в среднем до 0,94.Tests of the inventive single-phase direct current converter on an electric locomotive VL65 in the Belogorsk locomotive depot of the Trans-Baikal Railway showed that the minimum opening angle of thyristors can be reduced from 9.0 to 2-2.5 el. hail. when the electric locomotive is operating in the fourth regulation zone. This ensures stable operation of the locomotive in all control zones, and the power factor increased on average to 0.94.

Claims (1)

Устройство для формирования минимальных углов управления, содержащее измерительный трансформатор напряжения, источник порогового напряжения, блок синхронизирующих импульсов, канал слежения за мгновенным значением напряжения на тиристорных плечах и формирователь укороченных синхронизирующих импульсов, при этом измерительный трансформатор напряжения и источник порогового напряжения подключены, соответственно, к первому и второму входу канала слежения за мгновенным значением напряжения на тиристорных плечах, блок синхронизирующих импульсов связан с входом формирователя укороченных синхронизирующих импульсов, отличающееся тем, что в него введены RS-триггер, инвертор, одновибратор, логический элемент И, первый и второй логические элементы И-НЕ, генератор тактовых импульсов, реверсивный счетчик и логический элемент ИЛИ, при этом выход формирователя укороченных синхронизирующих импульсов подключен к входу
Figure 00000017
RS-триггера и через одновибратор соединен с первым входом логического элемента И, выход канала слежения за мгновенным значением напряжения на тиристорных плечах связан со вторым входом логического элемента И, выход которого подключен к первому входу первого логического элемента И-НЕ и через инвертор связан с первым входом второго логического элемента И-НЕ, вторые входы первого и второго логических элементов И-НЕ подключены к выходу генератора тактовых импульсов, выходы первого и второго логических элементов И-НЕ соединены, соответственно, с входами Up и Down реверсивного счетчика, выход которого через логический элемент ИЛИ подключен к входу
Figure 00000018
RS-триггера, выход которого является выходом устройства для формирования минимальных углов управления.A device for forming minimal control angles, comprising a voltage measuring transformer, a threshold voltage source, a block of synchronizing pulses, a channel for tracking the instantaneous voltage value on the thyristor arms and a shortened synchronizing pulse shaper, while the voltage measuring transformer and threshold voltage source are connected, respectively, to the first and the second input of the tracking channel for the instantaneous voltage value on the thyristor arms, block synchronizing pulses is connected to the input of the shaper of shortened synchronizing pulses, characterized in that it has an RS-flip-flop, an inverter, a single vibrator, an AND logic element, the first and second logical elements AND-NOT, a clock pulse generator, a reversible counter and an OR logic element, the shaper output of the shortened synchronizing pulses is connected to the input
Figure 00000017
RS-flip-flop and through a single-shot connected to the first input of the AND gate, the output of the channel for monitoring the instantaneous voltage value on the thyristor arms is connected to the second input of the AND gate, the output of which is connected to the first input of the first AND gate and through the inverter is connected to the first the input of the second logical element AND NOT, the second inputs of the first and second logical elements AND NOT connected to the output of the clock generator, the outputs of the first and second logic elements AND NOT connected, respectively o, to the inputs of Up and Down down counter whose output through an OR gate connected to the input
Figure 00000018
RS-flip-flop, the output of which is the output of the device to form minimal control angles.
RU2019112666A 2019-04-25 2019-04-25 Device for formation of minimum control angles RU2709026C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019112666A RU2709026C1 (en) 2019-04-25 2019-04-25 Device for formation of minimum control angles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019112666A RU2709026C1 (en) 2019-04-25 2019-04-25 Device for formation of minimum control angles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2709026C1 true RU2709026C1 (en) 2019-12-13

Family

ID=69006832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019112666A RU2709026C1 (en) 2019-04-25 2019-04-25 Device for formation of minimum control angles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2709026C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU317156A1 (en) * Всесоюзный научно исследовательский институт железнодорожного METHOD OF LIMITATION OF THE ANGLE OF REGULATING THE STATIC CONVERTER
GB1066641A (en) * 1963-05-17 1967-04-26 Siemens Ag A control arrangement for controlling a current converter device
SU1128347A1 (en) * 1983-02-25 1984-12-07 Московский Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта Device for limiting regulation angle of multizone mains voltage converter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU317156A1 (en) * Всесоюзный научно исследовательский институт железнодорожного METHOD OF LIMITATION OF THE ANGLE OF REGULATING THE STATIC CONVERTER
GB1066641A (en) * 1963-05-17 1967-04-26 Siemens Ag A control arrangement for controlling a current converter device
SU1128347A1 (en) * 1983-02-25 1984-12-07 Московский Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта Device for limiting regulation angle of multizone mains voltage converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4152758A (en) Control logic for a phase controlled rectifier system
US11075540B2 (en) Uninterruptible power supply device
US20090244939A1 (en) Method and apparatus for resetting silicon controlled rectifiers in a hybrid bridge
CN103296903B (en) Direct current silicon commutating power supply
TW201545456A (en) Voltage-adjusting device and method in power converting system
CN110999061B (en) AC switch, uninterruptible power supply device provided with same, and voltage sag compensation device
US4772998A (en) Electrostatic precipitator voltage controller having improved electrical characteristics
RU2709026C1 (en) Device for formation of minimum control angles
RU2561913C1 (en) Control method for multizone reversible converter of single-phase direct current
JP2018198478A (en) Power supply device
US3999111A (en) Gating signal control for a phase-controlled rectifier circuit
US3445742A (en) Control circuits for inverters producing an alternating output constituted by a pulse train
CN103281024A (en) Alternating current excitation system based on full control device
US10734903B2 (en) Power supply apparatus
KR900003483B1 (en) Power converter
CN216122197U (en) Silicon controlled rectifier driving circuit, switching circuit and rectifying circuit
Ambhorkar et al. Single phase AC-AC converter with improved power factor for efficient control of fan motors
RU2706422C1 (en) Single-phase-direct current converter
CN203617924U (en) DC silicon rectifier power supply
Peterson et al. Transients in EHVDC Power Systems: Part I-Rectifier Fault Currents
KR890000971B1 (en) Power converting system
CN108880522B (en) Silicon controlled trigger circuit
RU2485664C1 (en) Reversible one-phase bridge transistor converter
JPS6349478B2 (en)
US20230299693A1 (en) Power converter and method for operating a power converter