SU987780A1 - Устройство управлени непосредственным преобразователем частоты,преимущественно дл транспортной автономной системы электроснабжени - Google Patents

Description

Характерной особеинос1ъю многих видов pesojMOB нагрузок непосредсгвенных прео6разова1«лей часгогы в авхчэномных энергосистемах  вл егс  то, что при номинальных величинах нагрузки ее cos f близок к единицы, а при уменьшении тока или полной мощности нагрузки уменьшаегс  практически до нул . На фиг 2 в качестве примераприведено область возмоншых нагрузок и ее cos при централизованном электроснабжении поездов. Из фиг. 2 видно, что при нагруз ках около 25% I номинальной нагрузки составл ет , При таких значешмх оозЧ нагрузки обеспечиваетс  досга1Ч)чца  степень устойчивости преобразовани  частоты при использоватш известь х способа и устройств управ ленил Ct и L2J , Наиболее бзтзкюл к преддагаетлому  вл етс  устройство. управлени  непосред ственным преобразователем частоты, решающее задачу повышени  его усгойчивости при работе на активно-инду1стивную нагрузку и содержащее задающий генератор выходной частоты и датчик пол рности тока нагрузки, выходы которых подклю чены к входу основного бЖ1ка запрета и разрешеи ш 1-1мпульсов вьшр мительного , вьтолненного в виде дву-L входоБой схемы совпадещ , выходы этого блока соединены с одним из входов б ков запрета и разрешени  импульсов выпр мительного режима, выполненных в виде трехвходовых схем совпадени  по числу веитилей преобразовател , к друI4-JM входаЛ -которых подсоединены выходы синхронизатора, вьфабатываюшего в момент начала ecTecTBetmoft коммутации 11мпу ьсы вьгар мительного режима, а также логические блоки запрета и разрешени  управл ющих импульсов инверторного речсима, выполненные в виде двувходовых логических схем совпадени  по чнслу вентилей преобразовател  и обеспечлвающие , подачу управл ющих импульсов в инвер торном режиме с заданным углом опережени  относительно начальных момемахэв есгественной коммутации, причем выходы указанных блоков запрета и разре шени  Шч пульсов вьшр мительного и инBfepixjpHoro режимов подключены к формировател м управл ющих импульсов LS J Однако данное устройство характеризуетс  недостатмэчно высоким качеством . выходного напр жени . Цель изобретени  - улучшение качества выходного напр жени . Поставленна  пель достигаетс  тем, 410 устройство управлени  непосредственным преобразователем частоты, содержащее задающий генератор выходной частчэты и датчик пол рности тока нагрузки, выходы которых подключены к входу основноГо блока запрета и разрешени  импупьсов вьшр мительного режима, вьгаолн енного в виде двувходовой схемы совпадени , выход этого блока соединен с одним из входов блоков запрета и разрешени  импульсов выпр мительного режима, вьшолненНых в виде трехвходовых схем совпадений по числу вентилей преобразовател , к другим входам которых подсоединены выходы синхронизатора,- вырабатывающего в моменты начала естественной коммутации импульсы вьшр митеЛьноТго режима, а также логические блоки за . прета и разрешени  управл ющих импульсов инверторного режима, выполненные в виде двувходовых логических с%.& совпадени  по числу вентилей преобразовател  и обеспечивающие подачу управл ющих импульсов в инвер торном режиме с заданным углом опережени  относительно начальНътх моментов естественной коммутации , причем выходы указанных блоков запрета и разрешени  импульсов выпр ми , тельного и инверторного режимов подключены к формировател м импульсов, снабжено измерителиул величины тока нагрузки с пороговым элементом, аыход которого подсоединен к третьим входам блоков запрета и разрешени  импульсов выпр мительного режима и к одному из «входов введенных по числу вентилей преобразовател  дополнительных блоков запрета. И разрешени  импульсов вьтр мительного режима, выполненных .аналогично основному блоку запрета и разрешени , причем вторые входы дополнительных блоков подсоединены к выходу основного блока запрета и разрешени  импульсов вьшр тошного . режима, а третьи входы подключены к тем выходам.синхронизато- / ра, импульсы которых смешены по фазе в сторону отставани  на угол, равный или больший упом нутого заданного угла опережени  подачи импульсов в инверторном режиме, На фиг, I приведены диаграммы выходного напр жени  и тока нагрузки при d О и /i ЗО эл, град; на фиг, 2 пример области возможных значений нагрузок с соответствующими им cos f дл  системы электроснабжени  поездов; на (|)иг, 3 - пример приннипиальной схемы прёобрааовагел на фиг, 4 и 5 - усгройсгво управлени ; на фиг. 6 - временные диаграммы выходных напр жени  и тока дл  режимов при об - ЗО и Р - ЗО эл. град. Силова  часть преобразовагел  (фиг. 3) содержит две встречно-параллельно включенные токосборные группы, кажда  из которых состоит из двух последователь но включенных трехфазных мостовых схем на тиристорах. Кажда  мостова  группа подключена к одной из двух систем трехфазной сети или обмоток синхронного генератора с частотой f . Токосборна  Vpynna на тиристорах 1-12 формирует положительную полуволну тока нагрузки, ji Токосборна  группа на тиристорах 13-/ 24 - отрицательную полуволну тока нагру ки 25. Система управлени  преобразователем осуществл ет раздельное включение тоВ;осборных групп по принципу слежени  за током нагрузки, а также и величиной этого тока с помощью, например, трансформаторов 26 тока. В нъгрузке 25 имеет место последоватехпзНое чередование полуволк положительного и отрицательного напр жений с выходной частотой. Цепь обратной св зи на току содержит также вьшр митель 27, резисторный делитель 28 напр жени , пороговый злемент 29, например, в виде стабилитрона или динистора и транзисторный ключ 3О. Эта цепь позвол ет преобразовать сигнал. лропорциональный току нагрузки, в гщск- |ретный логический сигнал напр жени  посто5шного уровн , близкий к HyjKo или равный единице. Раздельное включение токосборных групп осуществл етс  по сигналам датчиков 31 и 32 нул  тока нагрузки, которые включ ы последовательно с гокосборными группами в фазу нагрузки, С выхода датчика 31 снимаетс  логически сигнал о наличии тока положительной пол рности в нагрузке, а с выхода дат чика 32 - сигнал о наличии тока отрица тельной пол рности. - Система управлени  преобразовате п&л (фиг, 4 в соответствии с предлага емым устройством содержит задающий генератор 33, выходы которого св заны с логическими элементами 34 и 35 совп дени  (схемы И), на другие входы элементов 34 и 35 поступают сигналы с датчиков 31 и 32 нул  тока нагрузки. Выходные шины 36 и 37 указанных элементов И обеспечивают разрещен е илизапретформировани  управл ющих импульсов вьпф мительного режима, собираемых в пачки, например, по четыре с помощью блоков 38 ИЛИ. На входные зажимы блоков 38 импульсь) управлени  поступают от синхронизатора 39, который генерирует импульсы в точках, соответс вук цих моментам пересечени  кривых фазных напр жений источника питани . Синхронизатор 39 формирует за период входного напр жени  импульсы {при шестифазной системе питающих напр жений ), равноотсто щие, друг от друга на ЗО эл. град, по входной частоте. Дл  формировани  мс цшьпс управл$поших импульсов дл  каждого тиристора f и 12 имеетс  форлофователь (блок выходного каскада), ном,которого на фиг. 4 совпадает с номером тиристора на принципиальной схетле фиг. 3. Формирователи имеют по три входа, причем реализуетс  логическа  функпи  ИЛИ т. е. формирование импульса происходит в момент подали управл ющего сигнала на любой из входов. На один из входов подаютс  сигналы, упарвл ющие вьфаботкой импульсов выпр мительного режима с фазой первого импульса в пачке, соот- ветствуюшей началу естественной коммутации тиристоров, на другой вход подаютс  сигналы выпр мительного режима, фаза которых.сдвинута в сторону отставани  от точек начала естественной KCWмутации на угол, равный или больщий углам подачи импульсов инверторного режима, и на третий вход подаютс  сигналы инверторного режима. Импульсы выпр мительного режима на управл ющем электроде определенного тиристора с углом регулировани , равным нулю, формируюэвс  в том случае, когда имеетс  соответствующее состо ние за-. дающего генератора 33, пол рность протекающего в нагрузке тока (совпадает с пол рностью выходного напр жени  преобразовател  и синхронизатор 39 и смеситель 38 вырабатывают сигналы в точках начала естественной коммутации дл  данного тиристора, а значение выходного тока нагрузки (соответственно значение мощности нагрузки) 25 превосхпдит определ ное заданное, значение. При :ЭТом стабилитрон 29 и транзистор 30 включены, а с помощью ст(.емы 4О инвертировани  потенциал щины 4t равен единице . Поэтому логическа  схема 42 разрещает прохождение сигналов с выхода смесител  38у При снижении мс аности нагрузки нкже заданного уровн  осуществгп етс  запрет с помощью блока 42 форми ровани  H jnynbcoB вьгар мительаого ре .жвпма с углами рет-упироваиин равными нулю и разрешекие подачи импульсов с углами регулировани  большими или равными углам запаса в инверуорном режиме . Это разрешение осущес рвл е«:  с помощью блока 43 через шину 44, поскольку транзистор 30 входиг в режим Импульсы инвергорного режима дл  определенного тиристора вырабатываютс  в течение всего промежутка времени, пока ток нагрузки имеет определенкую пол рность, Б моменты, соответствукщйв опереженшо ш 30 эл, град, точек начала есгествеьшой коммутации, что определ ет с  дискретностью фазового положени  из чпульсов, вырабвтываемьос синхронизатором 39. Запрет и разрешение на выработку импульсов ипверторного режима осуществл етс  с помощью логического блока 45, на вход которого поступают сигналы от синхронизатора 39 и с выходов 46 датчиков 31 и 32 нул  тока, Таким образом, при совпадении пол рноега тока и напр жен щ в нагрузке систгала управлени  вырабатывает как импульсы инвертора реиоа а, так и импульсы режима выпр мительного, а когда генераци  импульсов выпр мительного режима прекрешаетс , то генераци  инверторных импульсов до тех пор, пока ток данной погофности не снизитс  до нул . В соогветствии с предлагаемым yci ройством отравлени  в режимах нагрузки преобразовател , когда ток нагрузки и. соответственно ее мощность или cosif пре .восход т некоторое заданное значение, i Т е. преобладает активна  составл юща  нагрузки при характернее законе изменени  в соответствии с фиг. 2, с выхода порогового элемента, контролирующего вел1гч1шу тока нагрузки, на шину 41 пост пает сигнал разрешаюший подачу импуль сов выпр мительного режима с углами регулировани ,-равными нулю, что обеспе чивает максимальное нспольэованне напр  жени  источника питани  и улучшение кЬэф(1)ициента мощности на входе преобразовател , уменьшение установленной мош ности источника питани . При этта за едет преобладани  активной сосгавл киаей мощности нагрузки обеспечиваетс  доста- точна  устойчивость проц«;са преобразовани  к допустима  ве гчина суб1 армо- нических составл ющих в тчже нагрузки, При снижени  тока нагрузки (соогвегсгвенно McanHocTWH созЧнагрузки) ниже заданного уровн  пороговое устройство 27-30 выдает сигнал, разрешак ций поачу импульсов выпр мительного режима ерео шину 44 и элемент 43 с углами егулировани , равными или большими углов; запаса инвёрторнрго режима, подаваемыми через элемент 45. При этом на шине 41 по вл етс  сигнал запрета. Введение углов регулировани  при алых нагрузках и низких соа нагрузки обеспечивает устойчивую работу преобразовател  частоты, отсутствие субгармонических составл ющих в выходном токе преобразовател . При этом, поскольку установленна  мощность источника пита- ни  или генератора определ етс  в режимах , близких к номинальным, такое переключение углов не -вызывает ухудшени  энергетических показателей системы, а также использовани  напр жени  источника , так как при снижении модности рагрузки уменьшаетс  коммутапионное радение напр жени . . Представленное на фиг. 4 устройство управлени  обеспечивает с помс дью конг рол  тока в фазах генератора дискретное п еключение углов регулировани  вьшр мнтельного режима с О на 30 эл. град, глы запаса инверторного режима выбраны равными тажже 30 эл. град. Проследим пришшп действи  предлагаемого .устройства на примере управлени  тиристором I преобразовател  в соответствии с фиг. 3. Пусть в рассматриваемый момент времени сигналы пол рности выходного на: пр жени  с выхода задающоо генератора : 33 и тока наррузк : с выхода датчика 31 совпадают. В этом случае на выходе Зббпо- ка 34 имеетс  разрешающий сигнал, который подаетс  на один из входов блока 42 (И). Пачка из четырех импульсов, первый из которых соответствует по фаэе мрмеиту начала естествениой коммугашга тиристора I в выпр мительнсм режиме , подаетс  на другой вход блока 42 (И), В случае, если ток нагрузки или мощность нагрузки, или ее нагрзэки (соответственно ток или мощность нагрузки) превосход т некоторое заданное значейие (например, cosV О,7), ва ШЕГне 41 имеетс  также разрешак ций сигнал. На выходе блока 42 в этом случае по Еш етс  пачка вьшр мительных импульсов 30,6О,9О н 12О эл. град, по первичной частоте, котора  подаетс  на вход формировател  тиристора I, На этот же вход .формировател  поступаюг импульсы инверторного режима с углом ISO 9П, град. При снижении указанвьпс парамегров нагрузки ниже заданного уровн  на выходе 41 по вл етс  запрещающий сигнал и одновраленно по вл етс  разрешающий сигнал на шине 44. В эгом случае на один вход блока 43 посг пает разрешающий сигнал. На .его другой вход посгупаег сери  импульсов 6О, 9О, 120 к 15О эл. град, от смесител  38, а также разрешакший сигнал от блока 34. В результате импульсы вьшр митель ного р еж ма дискретно измен ют свою фазу на ЗО эл град. Среднее значение выходного напр жени  на интервале выпр мительного режима снижаетс  и стаёт среднему значеншо вьрсодного на 1р нюни  на интервале инверторного,режима. Ири высокоиндуктивной нагрузке это обеспечивает устойчивую работу прео6р1азовател  без субгармонических составлшкщнх в токе и напр жавии- н-агрузки. Койтрольпараметров нагрузки монсет бьгеь реализован, тшсже аа принийое спеже Ни  за сдвигом тока нагрузки по отнощенш к напр жению. Нафиг.5 изоб ражена принци ниалыга  схема такого порогового ус тррйст ва. Одновибрагоры 47 и 48 запускаютс  передними фронтами пр мого и иквфсйого сигйалов задаюшего генератора 33. Инверсный сигнал генератора 33 образуе с  с помощью инвертора 49 (логическа  схема НЕ). Врем  сраба1ывани  и длительность выходных импульсов од«обибраторов задаютс  на уровне предельного временного сдвига тока .нагрузки по отно шению к напр жещгю, т е. Такого сдвига при котором должно происходить першсщочение режимов управлён токосборньми группами с одного угла рагулировашй на другой { напрщугер, с cL - О на угол сзС 30 эл. грац.или наоборот). В схемах SO и 51 совпадени  (схемы И) происходит сравнение заданной длитейьнос ти отставани  тока По отнощеник к напр  жению 1алитепьност  инверторного режима ) с фактическим по отношению к напр жению. В результате этого сравнени  на выходе блоков SO и 51 по вл ютс  импульсы, если фактическое отстав вание тока по отношению к напр жению превосходит заданное одновибраторамн 47 и 48. В результате на выходных выводах счетных триггеров 52 и 53 по вл ютс  разрешающие сигналы на подачу импульсов выпр мительного режима с соответствующими углами регулировани  аналогично описанному выше. На фиг. 6 приведена диаграмме напр жени  и тока на выходе преобразоватеш в режиме подачи импульсов выпр мительного режима с отставанием на ЗО эл. град, от точек естественной коммутации и лмпульсов инверторного режима с углами запаса ЗО эл. град. При изменени х козффипиента мсадности нагрузки режима управлени  преобразователем измен ют таким образом, что крива  выходного напр жени  скачком измен етс  от фиг, I до фиг. 6 или наоборот. Ф о р м у л а и э о б р е т е н и   Устройство управлени  непосредствен ным щзеобраэователем частоты, преимущественно дл  транспортной автономной системы э.лектроснабжени , содержащее задак ций генег тор выходной частоты и датчик пол рности тока нагрузки, выходы которых подключены к входу основного блока запрета и разрешени  импульсов ; выпр мительного режима, выполненного j в виде двувходовой схемы совпадени , выход, этого блока соединен с одними из входов блоков запрета и разрешени  импульсов выпр мительного режима, вьшолненных в виде трехвходовых схт совпадени  цо числу вентилей преобразовател , к другим входам которых подсоединены выходы синхроЕШзатора, вырабатывак цего в моменты начала естественней коммутации икгаульсы выпр мительного режима, а также логические блоки запрета ;И разрешени  управл кшшх импульсов инвер торного режима, вьтолненные в ввде двувходовых Логических схем совпадевви  по числу в гтилей преобразовател  И обеспечивающие под а управл ющих тагаульсов в инверторном режиме с задан«ьвл углом опережени  относительно начальных MOMteBTOB естественной коммуташш , причем выходы указанных блоков запрета и разрешени  кмпульсов вьшр$1ми тельного и нйверторного режимов подключшы к формировател м управл ющих импульсов , о тлич ающ еес   тем, , что. с целью улучшени  формы кривой выходного напр жени  преобразовател  фи работе на аЕТ вно-шщуктивную нагрузку , оно снабжено измерителем величины тока нагрузки с поро1ч вым эп&лентом, выход которог}э подсоединен к третьим входам блоков запретч и раарешени  импульсов выпр ми впьвого режима и к одВому нз входов введевЬых .по числу вентлей преобразовател  дополвитвльвых запрета и разрешени  импульсов вьоф кштельного режима, выполнен-

ных аналогично основному блоку запрета и разрешени , причем вторые входы дополнительных блоков подсоединены к выходу основного блока запрета и разрешени  импульсов вьгар мительйого режима, а третьи входы подключены к тем выходам синхронизатора, импульсы которых сметцены по фазе в сторону отставани  на угол, paBHbrfi или больший упом нутого угла опережени  подачи импульсов в ннверторном режиме.

Источники информашш, прин тыево внимание при экспертизе.

1,БЬШОВ Ю, М. Непосредственные преобразователи частоты с автономным источником энергии. М., Энерги , 1977.,

2.Вотчкпев Г. М. Савость нов С. А Особенности работы непосредственного

преобразовател  частоты при актквноинауктивной нагрузке. Труды институтов инженеров железнодорожного транспорта Межвузовский сборник, вып. 585, с. 101108 .

3, Жемеров Г. Г. Тиристорные преобразователи частоты с непосредственной св зью, Энерги , 1977, с. 21О-218.

4. Лозовой ro.s И, Основные проблемы однофазного преобразовател  частоты на тиристорах. Изв. вьгсш. учебн. завед. Электромеханика , 1968, & 5, с. 548.

5. Белоновский В. А., Пар. И. Т.

Способы устранени  режима вытеснени  в асинхронном электроприводе с непосред ственным преобразователем частоты. Электротехника , 1978, Г 7, с. 17-2О. лг/ /Г/ rej /и

09f.J /лг

Lt

%

«5

«I

5

Л

%

i

S

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Устройство управления непосредственным преобразователем частоты, преимущественно для транспортной автономной системы электроснабжения, содержащее задающий генератор выходной частоты и датчик полярности тока нагрузки, выходы которых подключены к входу основного блока запрета и разрешения импульсов выпрямительного режима, выполненного |в виде двувходовой схемы совпадения, выход, этого блока соединен с одними из входов блоков запрета и разрешения импульсов выпрямительного режима, ' выполненных в виде грехвходовых схем совпадения по числу вентилей преобразователя, к другим входам которых подсоединены выходы синхронизатора, вырабатывающего в моменты начала естественной коммутации импульсы выпрямительного режима, а также логические блоки запрета иразрешения управляющих импульсов инвер» торного режима, выполненные в виде двувходовых Логических схем совпадения по числу вентилей преобразователя И обеспечивающие подачу управляющих импульсов в инверторном режиме с заданным углом опережения относительно начальных моментов естественной коммутации, причем выходы указанных блоков ₍ (запрета и разрешения импульсов выпрямительного и инверторного режимов подключены к формирователям управляющих импульсов, о г лич а io щ ее с я тем, '. что, с целью улучшения формы кривой выходного напряжения преобразователя При работе на активно-индуктивную нагрузку, оно снабжено измерителем величины тока нагрузки с пороговым элементом, выход которого^подсоединен к третьим входам блоков запрета и разрешения импульсов выпрямительного режима и к одному из входов введенных .по числу вентилей преобразователя дополнительных блоков запрета и разрешения импульсов выпрямительного режима, выполнен987780 ных аналогично основному блоку запрета и разрешения, причем вторые входы дополнительных блоков подсоединены к вьшаду основного блока запрета и разрешения импульсов выпрямительного режима, а третьи входы подключены к том выходам синхронизатора, импульсы которых смешены по фазе в сторону отставания на угол, равный или больший упомянутого угла опережения подачи импульсов в инверторном режиме.