SU1185483A1

SU1185483A1 - Method and apparatus for overvoltage protection of frequency converter with d.c.element loaded on induction motor

Info

Publication number: SU1185483A1
Application number: SU833567003A
Authority: SU
Inventors: Александр Львович Лувишис; Валерий Исаевич Монастырский
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский,Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Источников Тока
Priority date: 1983-03-24
Filing date: 1983-03-24
Publication date: 1985-10-15

Abstract

1. Способ защиты от перенапр жений преобразовател частоты со звеном посто нного тока, нагруженного на асинхронный двигатель, основанный на измерении контролируемого параметра, преобразовании измеренного сигнала, сравнении его с уставкой и формировании сигнала отключени преобразовател при равенстве контролируемого параметра и уставки, отличающийс тем, что, с целью повыщени быстродействи срабатывани защиты при аварийном переходе асинхронного двигател в генераторный режим, вызванном неисправностью системы управлени преобразовател , в качестве контролируемого параметра используют частоту тока ротора. 2. Устройство дл защиты от перенапр жений преобразовател частоты со звеном посто нного тока, нагруженного на асинхронный двигатель, содержащее блок уставки , выход которого соединен с первым входом блока сравнени , выход блока сравнени через согласующий усилитель соединен с входом отключающего элемента, формирователь частоты тока статора, вход которого соединен с системой управлени преобразовател , выход последней соединен с управл ющим входом преобразовател , отличающеес тем, что, с целью повышени быстродействи срабатывани защиты при аварийном переходе асинхронного двигател в генераторный режим, вызванном неисправностью системы управлени преобразовател дополнительно введены импульсный датчик частоты вращени ротора, соединенный с валом асинхронного двигател , дискретный вычитатель частоты, преобразователь частота - напр жение, при этом первый вход дискретного вычитател частоты соединен с выходом датчика частоты вращени ротора, а второй - с выходом формировател частоты тока статора, выход дискретного вычитател частоты соединен с входом преобразовател частота - напр жение, выход которого соединен с вторым входом блока сравнени .1. A method of protection against overvoltages of a frequency converter with a DC link loaded on an induction motor based on measuring a monitored parameter, converting a measured signal, comparing it with a setpoint, and generating a switch-off signal of the converter with equal monitored parameter and setpoint, characterized by , in order to increase the speed of operation of protection in case of an emergency transition of an induction motor to the generator mode, caused by a malfunction of the control system transformer, as a controlled parameter using the frequency of the rotor current. 2. An overvoltage protection device of a frequency converter with a DC link loaded on an induction motor containing a setpoint unit whose output is connected to the first input of the comparator unit, the output of the comparator unit is connected to the input of the disconnecting element through the matching amplifier, the stator frequency generator The input of which is connected to the converter control system, the output of the latter is connected to the control input of the converter, characterized in that, in order to increase the speed of operation, No protection during an emergency transition of the asynchronous motor to the generator mode caused by a malfunction of the converter control system; a pulse frequency sensor of the rotor rotation is additionally connected to the shaft of the induction motor, a discrete frequency extractor, a voltage to voltage converter, the first input of the discrete frequency equalizer connected to the output rotor speed sensor, and the second with the output of the stator current frequency driver, the output of the discrete frequency subtractor is connected to the input th transducer frequency - voltage, the output of which is connected to the second input of the comparing unit.

Description

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано дл защиты преобразовател со звеном посто нного тока, нагруженного на асинхронный двигатель, в частности дл защиты преобразовател электроподвижного состава с асинхронными т говыми двигател ми.The invention relates to electrical engineering and can be used to protect a converter with a DC link loaded on an induction motor, in particular to protect a converter of electric rolling stock with asynchronous traction motors.

Целью изобретени вл етс повышение быстродействи срабатывани защиты при аварийном переходе асинхронного двигател в генераторный режим, вызванном неисправностью системы управлени преобразовател .The aim of the invention is to increase the response speed of protection in case of an emergency transition of an asynchronous motor to a generator mode caused by a fault in the control system of the converter.

На чертеже представлена блок-схема устройства.The drawing shows the block diagram of the device.

Т говый двигатель 1 питаетс от контактной сети через преобразователь частоты 2 со звеном посто нного тока. Преобразователь 2 соединен с контактной сетью через отключающий элемент 3. Частота тока статора двигател однозначно определ етс регул тором частоты, вход щим в состав системы управлени преобразовател 4, и формируетс на выходе формировател частоты тока статора 5.The traction motor 1 is powered by a contact network through a frequency converter 2 with a DC link. Converter 2 is connected to the contact network through disconnecting element 3. The stator current frequency of the motor is uniquely determined by the frequency controller included in the control system of converter 4, and is formed at the output of the stator current frequency driver 5.

На валу т гового двигател установлен импульсный датчик частоты вращени 6, сигнал с выхода которого определ ет частоту вращени ротора двигател щ. На вход дискретного вычитател частоты (ДВЧ) , поступает сигнал fi с выхода формировател частоты тока статора 5 и от датчика частоты вращени 6. На выходе ДВЧ получаетс разностный сигнал fj-f, который преобразуетс в аналоговый сигнал в преобразователе частота-напр жение (ЧН) 8, и поступает в блок сравнени 9, где сравниваетс с напр жением уставки, формируемым на выходе блока уставки 10. Сигнал блока сравнени через согласующий усилитель 11 поступает на отключающий, элемент 3.A pulse frequency sensor 6 is installed on the drive motor shaft, the signal from the output of which determines the rotation frequency of the motor rotor n. A discrete frequency subtractor (HDF) is input to the signal fi from the output of the frequency converter of the stator current 5 and from the rotation speed sensor 6. At the output of the HDF, a difference signal fj-f is obtained, which is converted to an analog signal in a frequency-voltage converter (PN) 8, and enters the comparison unit 9, where it is compared with the setpoint voltage generated at the output of the setpoint unit 10. The signal of the comparison unit through the matching amplifier 11 goes to the disconnecting element 3.

При питании от контактной сети переменного тока преобразователь частоты, например , может включать трансформатор, выпр митель с односторонней проводимостью , фильтри инвертор.When powered by an AC contact network, the frequency converter, for example, may include a transformer, a rectifier with one-sided conductance, filter the inverter.

Формирователь частоты тока статора соедин етс с выходом регул тора частоты, вход щего в состав системы управлени преобразовател , и может быть выполнен, например, как элемент усилени с гальванической разв зкой.The stator current frequency driver is connected to the output of the frequency regulator, which is part of the converter control system, and can be implemented, for example, as a gain element with galvanic isolation.

Сравнивающий блок может быть выполнен в виде компаратора на операционном усилителе, в качестве отключающего элемента может быть использован главный выключатель электровоза.The comparison unit can be made as a comparator on the operational amplifier, the main switch of the locomotive can be used as a disconnecting element.

Имп льсный датчик включает диск с прорез ми (отверсти ми) и переключатель. Переключатель может быть построен на основе пары светодиод - фотодиод. Выход фотодиода соединен с входом компаратора, выход компаратора - с входом усилител . При вращении диска и смене проход щих мимо фотодиода зубьев и впадин диска наAn impulse sensor includes a slotted disc (holes) and a switch. The switch can be built on the basis of a pair of LED - photodiode. The output of the photodiode is connected to the input of the comparator, the output of the comparator is connected to the input of the amplifier. When the disk is rotated and the teeth and depressions of the disk passing by the photodiode are changed to

выходе усилител формируетс импульсный сигнал.The output of the amplifier is a pulse signal.

Дискретный вычитатель частоты может включать, например, триггер, ждущий мультивибратор и элемент ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ИЛИ, причем сигналы частоты тока статора и частоты вращени ротора поступают на входы триггера, один из выходов триггера соединен с входом ждущего мультивибратора , выход ждущего мультивибратора соединен с первым входом ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ИЛИ, на второй вход которого поступает сигнал больщей частоты (сигнал частоты тока статора), выход элемента ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ИЛИ вл етс выходом ДВЧ. Последний в импульсной форме определ ет разницу частоты тока статора и частоты вращени ротора, т. е. частоту тока ротора f2 fi-ft. При fiB f 1 сигнал на вьгход ДВЧ не проходит.The discrete frequency subtractor may include, for example, a trigger, a waiting multivibrator, and an EXCLUSIVE OR element, with the signals of the stator current frequency and rotor speed going to the trigger inputs, one of the trigger outputs connected to the waiting multivibrator input, the output of the waiting multivibrator and the first input of the multivibrator, connected to the first input, and the first input will be connected to the first input of the standby multivibrator, and the output of the waiting multivibrator will be connected to the first input of the standby multivibrator, the output of the waiting multivibrator and the first input will be connected to the first input of the trigger. , the second input of which receives a higher frequency signal (the signal of the stator current frequency), the element output EXCLUSIVE OR is the output of the RHF. The latter, in pulsed form, determines the difference between the stator current frequency and the rotor rotation frequency, i.e., the rotor current frequency f2 fi-ft. At fiB f 1, the signal on the output of the RHF does not pass.

Преобразователь ЧН может быть построен как устройство с калиброванным импульсом и включает ждущий мультивибратор и фильтр низких частот, причем выход ждущего мультивибратора соединен с входом фильтра низких частот (ФНЧ), а выход ФНЧ вл етс выходом преобразовател ЧН. 5 Напр жение на выходе преобразовател ЧН пропорционально частоте, поступающей на его вход.The BF converter can be built as a device with a calibrated pulse and includes a standby multivibrator and a low pass filter, with the output of the standby multivibrator connected to the input of a low pass filter (LPF), and the output of the LPF is the output of the BF converter. 5 The output voltage of a frequency converter is proportional to the frequency input to its input.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

В рабочем режиме - режиме т ги система управлени поддерживает частоту тока статора больще частоты тока ротора, обеспечива стабилизацию частоты тока ротора. Напр жение на выходе преобразовател ЧН 8, пропорциональное формируемой на выходе ДВЧ 7 разностной частоте fi - „,, больще напр жени уставки. Сигнал на выходе блока сравнени 9 равен нулю, срабатывани отключающего элемента не происходит .In the operating mode - pull mode, the control system maintains the stator current frequency higher than the rotor current frequency, ensuring the stabilization of the rotor current frequency. The voltage at the output of the CHN 8 converter is proportional to the difference frequency fi - „,, that is formed at the output of the RHF 7, which is greater than the setpoint voltage. The signal at the output of the compare block 9 is zero, the tripping element does not trigger.

В аварийном режиме из-за неисправности системы управлени преобразовател не обеспечиваетс стабилизаци частоты тока ротора. Частота тока ротора уменьщаетс , становитс равной нулю и мен ет знак. При этом напр жение на выходе преобразовател 8 уменьщаетс и становитс равным нулю при Гц, fb Соответственно сигнал 5 на выходе блока сравнени 9 становитс равным единице, происходит усиление сигнала в согласующем усилителе 11 и срабатывание отключающего элемента 3.In emergency mode, due to a malfunction of the converter control system, the rotor current frequency is not stabilized. The frequency of the rotor current decreases, becomes zero and changes sign. In this case, the voltage at the output of the converter 8 decreases and becomes equal to zero at Hz, fb. Accordingly, the signal 5 at the output of the comparison block 9 becomes equal to one, the signal is amplified in the matching amplifier 11 and the tripping element 3 operates.

Таким образом, срабатывание защиты не вл етс как обычно реакцией на возникновение перенапр жени . Защита сраба тывает заранее и перенапр жени на элементах преобразовател в рзсматриваемых режимах вообще не возникает.Thus, the actuation of the protection is not as usual a reaction to the occurrence of overvoltage. The protection is activated in advance and there is no overvoltage on the converter elements in the considered modes at all.

Таким образом, перенапр жени на эле5 ментах преобразовател , возникающие при самопроизвольном переходе двигателей в режим рекуперативного торможени , привод т к выходу из стро элементов преобразовател . При каждом аварийном рекуперативном режиме на электровозе ВЛ80А-751 выходило из стро не менее 10 тиристоров ТЛ 200 (стоимость вентил примерно 40 руб.) Применение предлагаемого устройства исключит возможность возникновени перенапр жений на элементах преобразовател при неисправности системы управлени , св занной с указанным аварийным режимом. Каждый случай аварийного перехода двигателей в режим рекуперативного торможени приводит к срыву графика движени ведомого электровозом состава и необходимости затрат времени и труда, св занных с ремонтом преобразовател . Применение предлагаемого устройства повышает надежность работы преобразовател .Thus, overvoltage on converter elements, arising from spontaneous transition of engines to regenerative braking mode, leads to failure of converter elements. At each emergency regenerative mode on the VL80A-751 electric locomotive, at least 10 TL 200 thyristors went down (the cost of the valve is about 40 rubles). The use of the proposed device will eliminate the possibility of overvoltages on the converter elements in the event of a control system malfunction associated with the specified emergency mode. Each case of an emergency transition of the engines to the regenerative braking mode leads to a breakdown of the movement schedule of the electric-driven train and the need for time and labor costs associated with the repair of the converter. The application of the proposed device improves the reliability of the converter.

Вы-ход из стро элементов преобразовател мржет быть св зан с большим количеством причин KpoSte неисправности системы управлени (старение элементов, неисправности цепей коммутации, управлени тиристоров и т. д.). Поэтому при анализе причин аварии бывает сложно установить неисправность системы управлени , тем более, что в р де случаев работоспособность Системы управлени к моменту проверки может восстановитьс . Если сигнал с выхода блока сравнени использовать с целью сигнализации (установив триггер, вход которого св зан с выходом блока сравнени , а выход- с устройством сигнализации), то можно существенно сократить врем обнаружени неисправности.The output of a converter unit element can be associated with a large number of causes for KpoSte control system malfunction (element aging, malfunction of switching circuits, thyristor control, etc.). Therefore, when analyzing the causes of an accident, it is difficult to establish a malfunction of the control system, especially since in a number of cases the control system can be operational by the time it is checked. If the signal from the output of the comparator is used for signaling purposes (by setting a trigger, whose input is connected to the output of the comparator, and the output is connected to the alarm device), then the failure detection time can be significantly reduced.

Claims

1. A method of overvoltage protection of a frequency converter with a DC link loaded on an induction motor, based on measuring the controlled parameter, converting the measured signal, comparing it with the set point and generating a shutdown signal for the converter when the controlled parameter and set point are equal, characterized in that, with the purpose of increasing the response speed of the protection during an emergency transition of the induction motor to the generator mode caused by a malfunction of the conversion control system The frequency of the rotor current is used as a controlled parameter.

2. Device for overvoltage protection of a frequency converter with a DC link loaded on an induction motor containing a set point, the output of which is connected to the first input of the comparison unit, the output of the comparison unit through a matching amplifier connected to the input of the disconnecting element, the stator current frequency generator, input which is connected to the control system of the converter, the output of the latter is connected to the control input of the converter, characterized in that, in order to increase the response speed In the event of an emergency transition of the induction motor to the generator mode caused by a malfunction of the converter control system, an additional pulse rotor speed sensor connected to the shaft of the asynchronous motor, a discrete frequency subtractor, a frequency-voltage converter, and the first input of the discrete frequency subtractor are connected to the output of the frequency sensor rotor rotation, and the second with the output of the stator current frequency driver, the output of the discrete frequency subtractor is connected to the input of the converter Frequency is the voltage whose output is connected to the second input of the comparison unit.