SU1270852A1

SU1270852A1 - Device for controlling margin angle of mains-driven inverter

Info

Publication number: SU1270852A1
Application number: SU833675292A
Authority: SU
Inventors: Сергей Александрович Крамсков
Priority date: 1983-12-21
Filing date: 1983-12-21
Publication date: 1986-11-15

Description

Изобретение относитс к электротехнике , в частности к силовой пре образовательной технике, и может быт использовано дл управлени тиристо ным инвертором, ведомым сетью, преимущественно на электроподвижном составе„ Целью изобретени вл етс повышение коэффициента мощности путем повышени быстродействи и уменьшение угла запаса инвертора. На фиг, 1 представлена блок схема устройства; на фиг. 2 временны диаграммы напр жений на выходах узлов устройства. Устройство содержит соединенные последовательно измерительный трансформатор 1, выпр мительный мост 2, транзисторный ключ 3, элемент сравнени 4, интегратор 5, блок делени 6, нуль-орган 7, распределитель 8 и блок вых;одных усилителей 9, Ко второму входу элемента сравнени 4 под ключен задатчик напр жени С1 1ещени 10. К выходу датчика тока 11 нагруз ки подсоединен ограничитель напр жени сверху и снизу 12, выход которого соединен с другим входом: нуль органа 7 и через фильтр 13 и пороговый элемент 14 - с третьим входом элемента сравнени 4, Вход Делимое блока делени 6 подключен к вы ходу блока умножени 15, входы которого соединены с входами выпр мительного моста 2 и генератора пилообразного напр жени 16 с формирова телем синхронизирую1цих импульсов 17 на входе. Выходы формировател син хронизирующих импульсов 17 и нульоргана 7 подсое,цинены соответственно к R и S-входам RS-триггера 18, выход которого подключен к управл ющему входу транзисторного ключа 3, Устройство подключено к преобразовательному блоку двигатель 19 инвертор 20 - трансформатор 21Устройство работает следующим образом. Сигн;1лы и нуль-органа 7 через распределитель 8 поступает на вход выходных усилителей 9, которые по их переднему фронту формируют импульсы Ug управлени тиристорар-ш ин вертора 20 с углом опережени в „Блок умножени 15 производит перемнож,ение мгновенных значений выходных сигналов генератора пилообразного напр жени . 16 и Uj выпр мительного моста 8522 2. Величина сигнала на выходе генератора пилообразного напр жени 16 в каждый момент времени пропорциональна (с коэффициентом К.) величине угла f) F-u)t, т.е. угловому времени от текущего момента до конца полупернода (U Кр, р.) . Напр жение Uj на выходе моста 2 пропорционально (с коэффициентом Кд) мгновенному значению питающего напр жени U,,v,T U -sino3t (и5,КцUftv,, ). Произведение этих сигналов на выходе блока умножени 15 U|5 Ka-Кц « n Unni , где Кр - масштабный коэффициент умножител 15. В конце по .лупериода (при углах 60 эл. град можно считать, что каждый момент времени напр жение на выходе блока умножени 15 пропорционально вольтсекундной площади S питакщего напр жени от текущего момента до конца полу.периода. В диапазоне углов р 60 эл. град, вольт-секундную площадь S питающего напр жени можно определить как площадь треугольника S -ипит /2 с погрешностью . Тогда и,, Kf,-Ku-Kn-2-S. Сигнал U|. и выходной сигнал U интегратора 5, пропорциональный величине реактивного сопротивлени X питающей сети (Ug X) , поступают на вход блока делени 6, на выходе которого формируетс сигнал Ug U. fel i - -2-S-Ku K. , s где KO масштабный коэффициент делител 6. Из анализа дифференциального управлени контура коммутации i i i и,,, . du)t вытекает, что дл ы осуществлени коммутации, т.е. переключени тока нагрузки 1. с одного плеча инвертора на другое, необходимо изменить ток трансформатора 21 на противоположный, т.е. на величину 2IcL, а с учетом пульсаций примерно на 2,5-14. Д этого требуетс така вольт-секундна площадь питающего напр жени S J , чтобы отношение 2,5-14, Д X - реактанс сети, « -f - угол управлени ; У- угол коммутации. Учитыва изложенное, получим условие завершени процесса коммутации до конца полупериода (условие фазовой устойчивости инвертора) 2, . |и„,, .dot.. тг-. На выходы нуль-органа 7 поступае сигнал Ug К S/X, а также через ог раничитель напр жени снизу и сверх 12 выходной сигнал и„ датчика тока 11, пропорциональный току нагрузки (и, К, 1) . При Ц, Ug напр жение U-J на выходе нуль-органа 7 равно ну лю. При и, , на выходе нуль-органа 7 скачком по вл етс напр жение и положительной пол рности. Коэф фициенты К и Kj подобраны так, что в момент срабатывани нуль-органа 7, т.е. при и,, Ug, выполн етс условие завершени коммутации до конца полупериода (I) и при этом остаетс некоторый запас вольт-секундной площади Sj, т.е. обеспечиваетс равенство 2,5-ld (S - SJ/X .(2) Таким образом, импульсы U-, управ лени инвертором, которые определ ютс передним фронтом сигналов U-, , формируютс в каждый полупериод при условии соблюдени фазовой устойчивости (1) . Кроме того, передним фронтом выходных сигналов нуль-органа 7 запус каетс RS-триггер 18, который устанавливаетс в исходное положение выходными сигналами формировател синхронизирующих импульсов 17 в моменты Т , При этом на выходе триггера каждый полупериод формирует пр моугольные импульсы U,j , фаза и длительность которых соответствует уг- лу f опережени включени тиристоров . При наличии на управл ющем входе положительных импульсов U, транзисторный ключ 3 открываетс и пропускает на вход элемента 4 напр жение измерительного трансформатора 1 которое предварительно выпр мл етс мостом 2, т.е. транзисторный ключ 3 подает на вход элемента сравнени 4 напр жение U в интервале jb -5i . Это напр жение алгебраически складываетс с напр жением смещени Ц задатчика 10 и подаетс на вход интег ратора 5. При наличии разностного сигнала U на выходе элемента сравнени 4 выходное напр жение интегра тора измен етс таким образом (при STOM соответственно мен етс величина угла ), чтобы за период кван товани Т, равный длительности по524 лупериода питающего напр жени 7Г , вольт-секундна площадь выходных сигналов Из транзисторного ключа 3 стала равной вольт-секундной площади напр жени смещени , а средн за полупериод величина сигнала разности и - равной нулю. В этом случае в системе наступает равновесие . Так как в период коммутации питающее напр жение на вторичной обмотке трансформатора 21 близко к нулю, то вольт-секундна площадь вьосодного напр жени транзисторного ключа 3 примерно равна площади напр жени от момента окончани коммутации до Т, т.е. пропорциональна Sj. Следовательно , система автоматически поддерживает посто нную величину вольтсекундной площади напр жени после окончани коммутации, т.е. площадь запаса S . Если величина реактанса сети X посто нна, а напр жение U,o установлено таким, что в момент срабатывани нуль-органа 7 выполн етс равенство (3), то при любых изменени х тока 1 и напр жени Uq (в рабочих режимах - при углах 60 эл,град , вольт-секундна площадь запаса Sj, остаетс примерно посто нной. Напр жение Uj интегратора 5 при этом не измен етс , так как вольт-секундна площадь напр жени U транзисторного ключа 3 неизменна и равна ,0 . Если величина реактивного сопротивлени сети X измен етс , то это приводит к нарушению равенства (2). При этом измен етс S , на выходе элемента сравнени 4 по вл етс сигнал разности Uy, который корректирует напр жение К X на выходе интегратора 5 так, чтобы площадь напр жени Uj стала оп ть равной TT-U ; Чтобы защищатьс от изменений X, посто нна времени интегратора Тп должна быть выбрана не больше, чем врем изменени X. Поскольку корректировка величины К X может быть осуществлена не ранее, чем к следующему полупериоду, то уставка площади запаса S, должна быть больше, чем величина возможного уменьшени S при изменении X за один полупериод . С учетом конечной чувствительности элементов, погрешностей измерени и вычислений уставка S должна соответствовать углам запаса s 7-10 эл. град., а посто нна времени Тц интегратора 5 - 1-3 с.The invention relates to electrical engineering, in particular, to power conversion technology, and can be used to control a thyristor inverter driven by a network, mainly on electric rolling stock. The aim of the invention is to increase the power factor by increasing speed and reducing the stock angle of the inverter. Fig, 1 shows a block diagram of the device; in fig. 2 temporary voltage diagrams at the outputs of the device nodes. The device contains a measuring transformer 1 connected in series, a rectifying bridge 2, a transistor switch 3, a comparison element 4, an integrator 5, a dividing unit 6, a null organ 7, a distributor 8 and a block of single amplifiers 9, to the second input of the comparison element 4 under The voltage adjuster C1 1 of voltage 10 is turned on. A voltage limiter is connected to the output of the current sensor 11 of the load from above and below 12, the output of which is connected to another input: the zero of the organ 7 and through the filter 13 and the threshold element 14 to the third input of the reference element 4, Login Divide e dividing unit 6 connected to you go multiplying unit 15, whose inputs are connected to the inputs of the bridge rectifying unit 2 and the sawtooth generator 16 formirova Telem sinhroniziruyu1tsih pulses 17 at the inlet. The outputs of the sync clock pulse generator 17 and the nullorgan 7 sub slots, respectively, are connected to the R and S inputs of the RS flip-flop 18, the output of which is connected to the control input of the transistor switch 3, the device is connected to the converter unit, the motor 19, the inverter 20, the transformer 21, the device operates as follows . The signal; 1L and the zero-body 7 through the distributor 8 enters the input of the output amplifiers 9, which form the pulses Ug of the control of the inverter 20 thyristor-sh in inverter 20 with an advance angle of "multiplier 15" multiplies the instantaneous values of the output signals of the generator sawtooth voltage. 16 and Uj of the rectifying bridge 8522 2. The magnitude of the signal at the output of the sawtooth voltage generator 16 at each moment in time is proportional to (by a factor K.) the angle f) F-u) t, i.e. angular time from the current moment to the end of the half-transition (U Kr, p.). The voltage Uj at the output of bridge 2 is proportional (with a coefficient Kd) to the instantaneous value of the supply voltage U ,, v, T U –sino3t (u5, CcUftv ,,). The product of these signals at the output of the multiplication unit 15 U | 5 Ka-Kts "n Unni, where Kp is the scale factor of the multiplier 15. At the end of the cycle period (at angles of 60 e. Deg, we can assume that every moment of time the voltage at the output of the unit multiplying 15 is proportional to the volt-second area S of the supply voltage from the current moment to the end of the semi-period. In the range of angles p 60 e-hail, the voltage-second area S of the supply voltage can be defined as the area of the triangle S-ipit / 2 with an error. ,, Kf, -Ku-Kn-2-S. The signal U |. And the output signal U integral torus 5, proportional to the magnitude of the reactance X of the supply network (Ug X), is fed to the input of dividing unit 6, the output of which forms the signal Ug U. fel i is -2-S-Ku K., s where KO is the scale factor of divider 6. From the analysis of the differential control of the switching circuit iii and ,,,. Du) t it follows that to perform the switching, i.e. switching the load current 1. from one side of the inverter to the other, it is necessary to change the current of the transformer 21 to the opposite, i.e. by the value of 2IcL, and taking into account the pulsations by about 2.5-14. This requires such a volt-second power supply area S J, so that the ratio is 2.5-14, D X is the reactance of the network, and the -f is the control angle; Y-angle switching. Taking into account the above, we obtain the condition for the completion of the switching process until the end of the half-period (phase stability condition of the inverter) 2,. | and „,, .dot .. tg-. The outputs of the zero-organ 7 receive a signal Ug K S / X, as well as through a voltage limiter below and above 12 output signal and a current sensor 11, proportional to the load current (and, K, 1). With U, Ug, the voltage U – J at the zero-organ output 7 is zero. With and,, at the output of the null organ 7, voltage and positive polarity appear abruptly. The coefficients K and Kj are chosen so that at the time of the triggering of the zero-organ 7, i.e. when and, Ug, the condition of switching completion to the end of the half period (I) is fulfilled, and at the same time some reserve of the volt-second area Sj remains, i.e. 2.5-ld equality is ensured (S - SJ / X. (2) Thus, U-pulses by the inverter control, which are determined by the leading edge of the U-,, signals, are formed in each half-period provided that phase stability is observed (1) In addition, the leading edge of the output signals of the zero-organ 7 starts the RS-flip-flop 18, which is reset to the initial position by the output signals of the clock generator 17 at the instants of T. At the trigger output, each half-period forms square-wave pulses U, j, phase and the duration of which In the presence of positive pulses U at the control input, transistor switch 3 opens and passes to the input of element 4 the voltage of measuring transformer 1 which is pre-rectified by bridge 2, i.e. transistor switch 3 supplies the input of the comparison element 4 with the voltage U in the interval jb -5i. This voltage algebraically folds with the bias voltage C of the setpoint 10 and is fed to the input of the integrator 5. In the presence of a difference signal U at the output of the comparison element 4 in The output voltage of the integrator is changed in such a way (with STOM, the angle value changes accordingly) so that during the quantization period T equal to the duration of the 524 luperiod of the supply voltage 7G, the volt-second area of the output signals From the transistor switch 3 becomes equal to the volt-second the area of the bias voltage, and the average for the half period is the magnitude of the difference signal and is equal to zero. In this case, equilibrium occurs in the system. Since during the switching period the supply voltage on the secondary winding of the transformer 21 is close to zero, the voltage-second area of the transistor switch 3 primary voltage is approximately equal to the area of the voltage from the moment the switching end to T, i.e. proportional to Sj. Consequently, the system automatically maintains a constant volt-second voltage area after the end of the commutation, i.e. stock area s. If the magnitude of the reactance of the network X is constant, and the voltage U, o is set such that at the moment the zero-organ 7 is triggered, equality (3) holds, then for any changes in current 1 and voltage Uq (in the operating modes, at angles The 60 e, hail, volt-second area of the supply Sj remains approximately constant. The voltage Uj of the integrator 5 does not change, since the volt-second area of the voltage U of transistor switch 3 is constant and equal to 0. If the reactance value If network X is changed, then this leads to violation of equality (2). S, at the output of the element 4, a difference signal Uy appears, which corrects the voltage K X at the output of the integrator 5 so that the area of the voltage Uj becomes again equal to TT-U; To protect against changes in X, the integrator time constant Tn should be chosen no more than the time of X change. Since the K X value can be adjusted no earlier than by the next half-period, the set area of the reserve S must be greater than the value of the possible decrease of S when X changes over one half-period. Taking into account the final sensitivity of the elements, measurement errors and calculations, the setpoint S should correspond to the stock angles s 7-10 el. grad., and the time constant of the integrator TC 5 - 1-3 s.

Дл предотвращени ложных срабатьгоаний нуль-органа 7 в средине полупериода ограничитель 12 ограничивает выходной сигнал U, датчика тока 11 сверху на уровне меньшем,, чем величина естественного ограничени выходного сигнала Ug делительного блока 6 (фиг. 2).To prevent null-organ zero misalignments 7 in the middle of the half-period, limiter 12 limits the output signal U, the current sensor 11 from above, to a level less than the natural limit of the output signal Ug of the splitter unit 6 (Fig. 2).

Ограничение снизу необходимо дл того, чтобы при отсутствии тока нагрузки Id нуль-орган 7 форм1фовал импульсы U-J, поскольку, не подава на тиристоры импульсы управлени , невозможно войти в режим рекуперации , так как инвертор закрыт.A lower limit is necessary so that, in the absence of a load current Id, the null organ 7 forms U-J pulses, since, without applying control pulses to the thyristors, it is impossible to enter the recovery mode because the inverter is closed.

Если ток нагрузки, а значит иIf the load current, and hence

коммутаци тиристоров отсутствует, и импульсы управлени на выходе нулоргана 7 формируютс по установке ограничител I,;, , то така ситуаци соответствует величине X О, т.е. мгновенной коммутации. В этом случае интегратор 5 отработает величину . Такое исходное положение схемы не дает возможность при малой величине S (угол запаса ) войти в рекуперацию, так как реальное X всегда больше 0.thyristor switching is absent, and control pulses at the output of the nuorgan 7 are formed by setting the limiter I,;, then this situation corresponds to the value of X O, i.e. instant switching In this case, the integrator 5 will work out the value. This initial position of the scheme does not allow for a small value of S (stock angle) to enter the recovery, since the real X is always greater than 0.

Дл обеспечени возможности входа в режим инвертировани к выходу 35 ограничител 12 через фильтр 13, который сглаживает пульсации, подключен пороговый элемент 14, выход которого соединен с третьим входом элемента сравнени А. При токе 0 +30% Ij, номинальной величины тока нагрузки сигнал на выходе порогового элемента равен нулю. Если сигнал Kj Ifj, пропорциональный току нагрузки , станет меньше уставки порогового 5 элемента 14, то на его выходе по витс напр жение положительной пол рности и, которое суммируетс элементом сравнени 4 с напр жением « Напр жение Ug на выходе интегратора 5 50 и угол управлени р с посто нной времени Т увеличатс при этом так, чтобы вольт-секундна площадь напр жени на выходе транзисторного ключа 3 стала равной вольт-секундной 55 площади суммарного сигнала f (U ) .To enable entry into the inversion mode, to output 35 of limiter 12, through filter 13, which smoothes pulsations, a threshold element 14 is connected, the output of which is connected to the third input of the reference element A. At a current of 0 + 30% Ij, the nominal value of the load current is an output signal threshold element is zero. If the signal Kj Ifj, proportional to the load current, becomes less than the setpoint of the threshold 5 element 14, then at its output a voltage of positive polarity and, which is summed by the element of comparison 4 with the voltage "Ug at the output of integrator 5 50 and control angle p with a constant time T increases in this case so that the volt-second voltage area at the output of transistor switch 3 becomes equal to the volt-second 55 area of the total signal f (U).

Величина напр жени U,| на выходе порогового элемента 14 выбрана такой, чтобы угол управлени увеличилс до 50-60 эл. град. Это обеспечит возможность входа в рекуперацию при любых услови х энергоснабжени .Magnitude of the voltage U, | at the output of the threshold element 14 is selected such that the steering angle is increased to 50-60 e. hail. This will provide the ability to enter recovery under any power supply conditions.

После входа в режим инвертировани , когда ток нагрузки станет 2030% ; пороговый элемент 14 выключитс и устройство плавно (с посто нной времени Т 1-3 с) уменьшит угол запаса с до 7-10 эл. град.After entering the inversion mode, when the load current becomes 2030%; the threshold element 14 is turned off and the device smoothly (with a constant time T 1-3 s) reduces the angle of the stock from to 7-10 el. hail.

Claims

Invention Formula

A device for adjusting the stock angle of a slave inverter network, containing a measuring transformer connected in series, a step-down bridge, a transistor switch, a reference element, an integrator, and a bias voltage setpoint device connected to another input of the comparison element, the output of which is connected to the distributor the input of the block of output amplifiers, a saw-tooth voltage generator with a driver of synchronizing pulses at the input, that is, in order to increase the coefficient and power by increasing the speed and decreasing the reserve angle of the inverter, it is equipped with a load current sensor, a voltage limiter at the top and bottom, a filter, a threshold element, a dividing unit, a multiplication unit and an RS flip-flop, the output of the current sensor being connected via a voltage limiter at the top and from the bottom with the first input of the zero-organ and through the filter and the threshold element - with the third input of the comparison element, the inputs of the block are smart, the blades are connected to the outputs of the surge bridge and the sawtooth generator, and the output is from home Divisible dividing unit, the input of which divider is connected to integrator code, output of dividing unit connected to another zero-organ input, S-input of RS flip-flop connected to zero-organ output, R-input to output of synch pulse generator, and output RS flip-flop with control of the transistor switch input,

cvi

fpue.Z