SU1644325A1 - Способ управлени @ - фазным выпр мителем с @ - контурным выпр млением переменного тока в посто нный импульсный - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может примен тьс  при преобразовании переменного напр жени  в посто нное импульсное напр жение (ПИН) путем цикличного отключени  выпр мл емого напр жени  управл емыми вентил ми преобразовател  по сигналам задатчика времени (3В) синхронно с напр жением питающей сети - дл  питани  нагрузки и контрол  тока ее утечки устройством защитного отключени  (УЗО) во врем  пауз в ПИН. С целью снижени  установленной мощности преобразовательного электрооборудовани  и повышени  надежности работы УЗО режим отключени  выпр мл емого напр жени  при формировании ПИН по сигналам 3В выполн ют поочередно на каждом контуре выпр млени  преобразовател . 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к способам управлени  преобразовател ми переменного тока в посто нный импульсный (прерывистый) дл  питани  потребителей и создани  условий дл  работы защиты от токов утечки сети посто нного тока, подключенной к выходу преобразовател .

Целью изобретени   вл етс  улучшение параметров преобразовател  путем снижени  установленной мощности преобразовательного электрооборудовани  и повышение надежности работы защиты от тока утечки сети.

На фиг.1 изображено устройство дл  осуществлени  способа; на фиг.2 - диаграммы , по сн ющие его работу.

Устройство состоит из преобразовател , который содержит последовательно соедин емые блок 1 формировани  сигналов синхронизации с частотой выпр мл емого переменного напр жени  сети по числу контуров выпр млени  и блок 2 формировани  широких сигналов управлени , выход которого соединен с управл ющими электродами вентилей 3-8 силового блока преобразовател , выход блока 1 соединен с входом задатчика времени, состо щего из формировател  9 сигналов прерывани  посто нного напр жени  и коммутирующего элемента 10.

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

О

t

CJ

ю ел

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

В качестве блока 2 могут примен тьс  транзисторные ключи (по числу контуров выпр млени  преобразовател ), нагрузкой которых могут использоватьс  светодиоды оптотиристоров, силовые элементы которых соедин ют управл ющие электроды вентилей с их анодами.

В качестве блока 2 могут также использоватьс  триггеры (по числу контуров выпр млени  преобразовател ), к которым подключены светодиоды оптотиристоров, выходные элементы которых соедин ют уп- равл ющие электроды и катоды силовых вентилей преобразовател  через разделительные обмотки трансформатора вспомогательного источника высокочастотных сигналов управлени . При использовании в блоке 2 триггеров в качестве формирователей широких сигналов управлени  блок 12 должен содержать открывающий и закрывающий комплекты нуль-органов, которые служат дл  управлени  триггерами. Нуль- органы открывающего комплекта предназначены дл  формировани  сигналов, подаваемых на блок 2 синхронно с начальными нулевыми значени ми выпр мл емых напр жений контуров выпр млени  преоб- разовател , а нуль-органы закрывающего комплекта - дл  формировани  сигналов, обеспечивающих закрывание формирователей широких сигналов блока 2 через 180 эл.град., т.е. обеспечивают длительность импульсов управлени  на управл ющие электроды вентилей преобразовател , соответствующую 180 эл.град, что соответствует максимальному углу проводимости вентилей преобразовател  при формировании посто нного напр жени .

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

В качестве коммутирующего элемента 10 может использоватьс  одновибратор с цеп ми разв зки дл  всех каналов блока 1.

В представленном трехфазном мостовом преобразователе содержитс  шесть контуров выпр млени . Контуры выпр мле- ни  преобразовател  можно представить как однополупериодные выпр мители, включенные между собой параллельно и имеющие одну общую нагрузку (нагрузку преобразовател ). Согласно чередованию

их работы по фазам выпр мл емого напр жени  можно обозначить их в следующей последовательности.

Первый контур выпр млени  преобразует переменное напр жение по следующей цепи: фаза А - вентиль 3 - нагрузка преобразовател , подключенна  к его вы ходным зажимам + и - (на фиг.1 она не показана) - вентиль 7 - фаза В.

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

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

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

Цепь п того контура выпр млени : фаза С - вентиль 5 - нагрузка - вентиль 6 - фаза А.

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

Блок 1 выполнен с использованием нуль-органов, которые формируют короткие сигналы синхронного с нулевыми значени ми фаз напр жени  каждого контура выпр млени  преобразовател .

Преобразователь работает следующим образом.

Блок 1 формирует короткие сигналы синхронизации с частотой переменного напр жени  сети по числу контуров выпр млени  (см.диаграмму напр жений преобразовател , представленную на фиг.2), которые смещены один относительно другого во времени, соответствующем 60 эл.град. При включении преобразовател  в работу все его силовые вентили заперты, первый же сигнал от блока 1 подаст сигнал управлени  на вентили первого провод щего контура преобразовател , например на вентили 3 и 7, синхронно с начальным нулевым значением выпр мленного напр жени  этого контура на выходе преобразовател , посто нное напр жение будет формироватьс  с нулевого значени  по синусоиде выпр мленного напр жени . После истечени  времени , соответствующего 60 эл.град., с блока 1 на вентили второго контура выпр млени  поступит новый открывающий сигнал. При этом вентиль 3 уже открыт предыдущим сигналом блока 1, а вентиль 8, получив сигнал управлени  (с опережением по отношению к моменту естественной коммутации), закрыт еще обратным напр жением между его анодом и катодом. Это состо ние сохранитс  до момента естественной коммутации вентилей 7 и 8, после которого вентиль 7

закроетс  обратным напр жением между его анодом и катодом, а вентиль 8 откроетс . Последующие сигналы с блока 1 через блок 2 подают сигналы управлени  на вентили очередных контуров выпр млени  так- же с опережением на 60 эл. град. обеспечива  открывание вентилей всех контуров выпр млени  в моменты их естественной коммутации и непрерывное выпр мление переменного напр жени  в посто нное. В это же врем  сигналы с блока 1 (суммарное число сигналов нулевых значений выпр мленных напр жений всех контуров выпр млени  преобразовател ) поступают на формирователь 9 сигналов прерывани  посто нного напр жени  за- датчика времени, который производит их пересчет и при заданном числе пересчитываемых сигналов формирует сигнал на пре- рывание посто нного напр жени  преобразовател  с заданной длительностью через коммутирующий блок 10, который закрывает открывающий комплект нуль-органов блока 1, прекращает формирование сигналов блока 1 и, следовательно , блока 2 (в это же врем  закрывающий комплект нуль-органов также запирает открытые к этому моменту формирователи блока 2). Все вентили преобразовател  при отключении сигналов управлени  с блока 2 закрываютс , кроме открытых к этому времени вентилей последнего контура выпр млени  (при этом формируетс  задний фронт импульса посто нного напр жени  по синусоиде выпр мл емого напр жени  этого контура выпр млени ), вентили которого закрываютс  при уменьшении тока через них до значени , соответствующего току их удержани . Закрытое состо ние вентилей преобразовател  выдерживаетс  до момен- та окончани  закрывающего сигнала с коммутирующего блока 10, затем процесс формировани  очередного импульса посто нного напр жени  повтор етс .

Длительность периода посто нного им- пульсного напр жени , определ ема  формирователем 9 сигналов прерывани  задатчика времени, выбираетс , с одной стороны, по услови м обеспечени  необходимых энергетических характеристик рабо- ты электрооборудовани  сети (например, по условию допустимости величины дополнительных потерь электроэнергии от перемен- ной составл ющей тока двигателей электровозов в контактной сети) и, с другой стороны, по условию безопасности при защитном отключении сети при случайном прикосновении человека к токоведущим элементам электрооборудовани , осуществл емом во врем  пауз в формируемом посто нном импульсном напр жении т гового преобразовател .

Указанна  длительность периода посто нного импульсного напр жени  устанавливаетс  путем выбора коэффициента делени  делител  частоты 14, выполненного на основе кольцевой пересчетной схемы, на который поступает суммарна  частота сигналов сигнализации всех n-контуров выпр млени  преобразовател . Причем дл  получени  равномерной очередности синхронизированного формировани  импульсов посто нного напр жени  между всеми контурами выпр млени  выбирают период формируемого посто нного импульсного напр жени  по формуле

т -T(kn±1) Ти п

где Т - период выпр мл емого переменного напр жени :

К - количество целых периодов переменного напр жени  в цикле работы преобразовател ;

п - число контуров выпр млени  преобразовател .

При этом пр мое чередование моментов прерывани  между всеми контурами выпр млени  преобразовател  обеспечиваетс  при знаке + в приведенной формуле, т.к. каждый период формируемого напр жени  по отношению к периодам переменного напр жени  получает наращивание (сдвиг) на 1/п часть периода выпр мл емого переменного напр жени , а при знаке - в приведенной формуле - обратное чередование.

Установлено, что дл  т гового агрегата шахтного электровозного транспорта с учетом кратковременно допустимых токов перегрузки и в зависимости от параметров контактной сети минимальна  длительность паузы, необходима  дл  осуществлени  контрол  сопротивлени  утечки, находитс  в пределах от 0,075 до 0,5 длительности периода выпр мл емого переменного напр жени . Дл  номинальных токов преобразовател  и длительности периода посто нного импульсного напр жени , кратного целому числу периодов выпр мл емого переменного напр жени , формирование которого производитс  синхронно с переменным напр жением одного из контуров выпр млени  преобразовател , наблюдалось неравномерное нагревание вентилей преобразовател , что  вилось следствием неравномерности распределени  между ними тока нагрузки. Эти услови  требуют специального выбора параметров

преобразовател  при осуществлении жесткого контрол  правильности синхронизации работы контуров выпр млени  с фазами выпр мл емого напр жени  (или же выбора всех вентилей преобразовател  по максимально загруженному выпр мительному контуру). При этом необходимо также выбирать параметры преобразовательного трансформатора по наиболее загруженным его обмоткам.

Установлено также, что наличие несимметричного тока утечки вентилей преобразовател  оказывало существенное вли ние на работу защиты от тока утечки сети, наиболее неблагопри тное вли ние которого про вл етс  в случае, когда пол рность тока утечки вентилей обратна пол рности оперативного тока устройства защитного отключени  сети, что приводит к снижению отключающего защитой сопротивлени  утечки сети (вплоть до отказа в работе) по сравнению с допустимым,

Таким образом, режим формировани  периода посто нного импульсного напр жени  позвол ет устранить несимметрию нагрузки ветилей преобразовател  и снижение отключаемого защитой сопротивлени  утечки сети по сравнению с минимально допустимым значением (и своевременно вы вить недопустимый ток утечки вентилей преобразовател ). Все это позвол ет, с одной стороны, снизить установленную мощность преобразовательного электрооборудовани  и, с другой стороны, повысить надежность работы защиты от токов утечки контактной сети.

Дл  осуществлени  предлагаемого способа необходимо выполнить корректировку длительности цикла импульсного посто нного напр жени  по приведенной выше формуле при таких же номинальном токе и напр жении.

Параметры импульсного напр жени  дл  рассматриваемого случа  наход т следующим образом:

Определ ют коэффициент К по приближенно-заданной длительности цикла импульсного напр жени 

к Ти- ОИ (с) 5 Т 0,02 (с) &

Определ ют искомую длительность цикла импульсного напр жени 

ТИ1

Т(Кп +1)0.02(5 -6-И)

0,10033 (с)

или ,

т Т(Кп-1) 0,02(5-6-1) Ти2 - s пL

0,0966 (с).

При каждом из этих значений длительности цикла импульсного посто нного напр жени  средний ток в длительном режиме работы каждого вентил  преобразовател  составил 166.6А. Отключаемое защитой сопротивление утечки 11 кОм. В этом случае мощность преобразовательного электрооборудовани  по сравнению с известным способом может быть уменьшена до

величины, определ емой типовыми схемами преобразователей переменного тока в посто нный. Кроме этого,устран етс  и необходимость в увеличении заданного сопротивлени  срабатывани  защиты от токов

утечки сети.

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

от тока утечки сети.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ управлени  m-фазным выпр мителем с n-контурным выпр млением переменного тока в посто нный импульсный дл  питани  нагрузки и защиты от тока утечки в питаемой сети, заключающийс  в том, что задают цикл работы преобразовател ,

   на прот жении которого подают первоначальные сигналы управлени  на вентили одного из контуров выпр млени , начина  с момента нулевого значени  пр мого выпр мл емого напр жени , подают последующие сигналы управлени  на вентили всех контуров выпр млени , начина  с момента ближайшей естественной коммутации вентилей провод щего и вступающего в работу выпр мительных контуров, и поддерживают

   их на прот жении заданной дл  работы силовых потребителей длительности импульса посто нного напр жени , после окончани  указанного импульса снимают сигналы управлени  со всех вентилей преобразовател 

   на врем , заданное дл  работы узлов защиты от тока утечки питаемой сети, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  параметров преобразовател  путем снижени  установленной мощности преобразователького электрооборудовани  и повышени  надежности работы защиты от тока утечки сети, длительность указанного цикла работы преобразовател  задают согласно формуле

   Т T(Kn±1)

   и - - Г

   где Т - период выпр мл емого переменного напр жени :

   К - количество целых периодов переменного напр жени  в цикле работы преобразовател ;

   п - число контуров выпр млени  преооразовател .

   А б С

   Ltb

   11

   Ф Ф

   г

   12

   i

   .J

   32i

   Ы

   si:

   аб А72Г0

   Ю

   От чубш органа

   защиты

   / v

   13

   н

   фиг.1

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

   U

   I

   уэз

   %%3 Y/////A №%Я Vfflft

   I1

   К2%Я

   i i %5%а  1 Щ.

   i-i

   о

   о

   Д Г1Ш о

   О О О

   ш&.

   W/Ш У////Л Г

   ВЩ,

   -8.

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

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

   Т/ъ

   5737# 38 Ц45 5f

   / Г v V Vr v WSOirv V v

   I

   ГЖЗ

   ш&.

   ВЩ,

   -8.

   Г4/