Устройство автоматического регулирования напряжения для выпрямительно-инверторных преобразователей тяговых подстанций

Устройство автоматического регулирования напряжения для выпрямительно-инверторных преобразователей тяговых подстанций

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ, содержащее трансформатор с секционированной обмоткой, два управляемых реактора, первый из которых соединен с крайним вьгеодом обмотки трансформатора, а второй с ее отводом, задающий блок, два блока сравнения, первый из которых связан с управляющими цепями первого, а второй - второго реактора, датчик угла сдвига фаз тока и напряжения, подключенный к одному из входов первого блока сравнения, и датчик выпрямленного напряжения, подключенный к одному из входов второго блока сравнения , отличающее ся тем, что, с целью расширения функхщональных возможностей и г1овыаения надежности рекуперативного торможения, устройство снабжено токовым корректирующим блоком, корректирующим блоком по переменному напряжению, датчиком тока, датчиком напряжения питающей сети, датчиком прерьгоистого тока, включенный в катодную цепь инвертора, логическим переключающим блоком, логической схемой ИЛИ, логической схемой НЕ, двумя пороговьвчи элементами, двумя блоками импульснофазового управления, причем к первому входу токового корректирующего блока подключен выход датчика Тока и к первому входу корректирующего блока по переменному напряжению выход датчика напряжения питающей сети, два других входа корректирующих блоков связаны с выходом задающего блока, выход токового корректирующего блока соединен с другим входом второго блока сравнения, а выход корректирующего блока по переменному напряжению соединен с другим входом первого блока сравнения, кроме того, выход датчика тока подключен через первый пороговый элемент к одному из входов логической схемы ИЛИ, ко второму входу логической схемы ШШ через второй пороговый элемент и логическую схему НЕ подключен выход датчика выпрямленного напряжения, а выСАР ход логической схемы ИЛИ подключая к одному из входов логического переключающего блока, к другому входу которого подключен выхйд датчика прерывистого тока интвертора, первый выход логического переключающего блока соединен с входом задающего блока , а второй и третий выходы соединены с блоками импульсно-фазового управления соответственно инвертора и выпрямителя, при этом логический переключающий блок состоит из триггера , входы которого являются входами

001ОЭ СОВЕТСНИХ

С%И Л ЛЮ

РЕСПУБЛИК

691 01) цр Н 02 P 13/16

ГОСУДАРСТВЕННЬ1Й КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТЧРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . N aSTOPCNONV CENCETEOVCTEV (21) 3495138/24-07 (22) 28.09.82 (46) 15.08.84. Бюл. к 30 (72) В.М.Арутюнов, Ю.М.Бей, В.Г.Зимовец, В.П.Неугодников, Ю.П.Неугодннков и P.Í.Óðìàÿoâ (71) Уральский электромеханический .институт инженеров железнодорожного транспорта (53) 614.316.727(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 277077, кл. Н 02 P 13/06, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

В 838665, кл. Н 02 P 13/16, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР

У 913554, кл. Н 02 P 13/16, 1980. (54) (57) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО

РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ, содержащее трансформатор с секционированной обмоткой, два управляемых реактора, первый иэ которых соединен с крайним выводом обмотки трансформатора, а второй— с ее отводом, задающий блок, два блока сравнения, первый из которых связан с управляющими цепями первого, а второй — второго реактора, датчик угла сдвига фаз тока и напряжения, подключенный к одному из входов первого блока сравнения, и датчик выпрямленного напряжения, подключенньй к одному из входов второго блока сравнения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с. целью расширения функциональных возможностей н повькпення надежности рекуперативного торможения, устройство снаб:кено токовым корректирующим блоком, корректирующим блоком по переменному напряжению, датчиком тока, датчиком напряжения питающей сети, датчиком прерывистого тока, включенный в катодную цепь инвертора, логическим переключающим блоком, логической схемой ИЛИ, логической схемой НЕ, двумя пороговыми элементами, двумя блоками импульснофаэового управления, причем к первому входу токового корректирующего блока подключен выход датчика тока и к первому входу корректирующего блока по переменному напряжениювыход датчика напряжения питающей сети, два других входа корректирую" щих блоков связаны с выходом задающего блока, выход токового корректирую- В щего. блока соединен с другим входом второго блока сравнения, а выход корректирующего блока по переменному напряжению соединен с другим входом первого блока сравнения, кроме того, Е выход датчика тока подключен через первый пороговый элемент к одному из входов логической схемы ИЛИ, ко второму входу логической схемы ИЛИ через второй пороговый элемент и логическую схему НЕ подключен выход датчика выпрямленного напряжения, а выход логической схемы ИЛИ подключен к одному из входов логического переключающего блока, к другому входу которого подключен выход датчика прерывистого тока интвертора, первый выход логического переключающего бло «фр ка соединен с входом задающего блока, а второй и третий выходы соединены с блоками импульсно-фазового управления соответственно инвертора и выпрямителя, при этом логический переключающий блок состоит из триггера, входы которого являются входами этого блока, логической схемы НК и двух линий задержки, причем выход триггера, являющийся первым выходом логического переключающего блока, одновременно подключен к линиям за1108603 держкн - к одной непосредственно, а к другой через логическую схему НЕ, выход первой иэ них является третьим, а выход второй — вторым выходом логического переключающего блока °

Изобретение относится к регулированию напряжения и может быть использовано на выпрямительно-инверторных преобразователях тяговых подстанций магистральных железных дорог с избыточной энергией рекуперации.

Известно устройство, реализующее способ регулирования напряжения на тяговых подстанциях, при котором осуществляется стабилизация напряжения 10 на различных требуемых уровнях в зависимости от конкретной поездной ситуации на межподстанционной зоне 513.

Однако данное устройство не может быть применено при регулировании нап- 15 ряжения на участках электрических железных дорог с рекуперативным торможением электроподвижного состава, так как при его использовании не выполняются требования, предъявляемые 20 к системе электроснабжения для обеспечения надежного приема токов реку- перации, что вызвано наличием высокого напряжения на шинах подстанции при сбросе тяговой нагрузки и труднос- ь тями в определении ситуаций в тяговой сети.

Наиболее близким к изобретению цо технической сущности является yc+ ройство автоматического регулирования напряжения для выпрямительно-инверторных преобразователей тяговых подстанций, содержащее трансформатор с секционированной обмоткой, два управляемых реактора, первый из кото-З5 рых соединен с крайним выводом обмотки трансформатора, а второй - с ее отводом, задающий блок, два блока сравнения, первый из которых связан с управляющими цепями первого, а второй - второго реактора, датчик угла сдвига фаэ тока и напряжения, подключенный к одному из входов первого блока сравнения, и датчик выпрямленного напряжения, подключенный к одному из входов второго блока сравнения (2).

Однако это устройство обладает недостаточными Функциональными возможностями, так как позволяет получить лишь стабилизированные на различных уровнях характеристики преобразователей и не может быть применено для регулирования напряжения на участках с рекуперативным торможением электроподвижного состава в связи с тем, что наличие высокого напряжения на шинах подстанции при сбросе тока нагрузки преобразователей приводит к уменьшению диапазона между допустимым напряжением на пантографе электровоза и напряжением в тяговой сети, при котором начинается рекуперация, а также к возникновению бросков тока и напряжения при переключениях преобразователей в соответствующие режимы работы и к появлению больших уравнительных токов между преобразователями.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение надежности рекуперативного торможения на участках электрических железных дорог с автоматическим регулированием напряжения на тяговых подстанциях.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство автоматического регулирования напряжения для выпрямительно-инверторных преобразователей тяговых подстанций дополнительно снабжено токовым корректирующим блоком, корректирующим блоком по переменному напряжению, датчиком тока, датчиком напряжения питающей сети, датчиком прерывистого тока, включенным в катод инвертора, логическим переключакицим блоком, логической схемой ИЛИ, логической схемой

НЕ, двумя пороговыми элементами, 1108603 двумя блоками импульсно-фазового управления, причем к первому входу токового корректирующего блока подключен выход датчика тока и к первому входу корректирующего блока по переменному напряжению — выход датчика напряжения питающей сети, два других входа корректирующих блоков связаны с выходом задающего блока, 10 выход токового корректирующего блока соединен с другим входом второго блока сравнения, а выход корректирующего блока по переменному напряжению соединен с другим входом первого бло15 ка сравнения, кроме того, выход датчика тока подключен через первый пороговый элемент к одному из входов логической схемы ИЛИ, ко второму входу логической схемы ИЛИ через второй

20 пороговыи элемент и логическую схему НЕ подключен выход датчика вылрямленного напряжения, а выход логической схемы ИЛИ подключен к одному из входов логического переключающего

25 блока, к другому входу которого подключен выход датчика прерывистого тока инвертора, первый выход логического переключающего блока соединен с входом задающего блока, а второй и третий выходы соединены с блоками импульсно-фазового управления соответственно инвертора и выпрямителя, при этом логический переключающий блок состоит из триггера, входы которого являются входами этого блока, логической схемы НЕ и двух линий задержки, причем выход триггера, являющийся первым выходом логического переключающего блока, одновременно подключен к линиям задержки — к одной непосредственно, а к другой через логиче скую схему НЕ, выход первой из них является третьим, а выход вто рой — вторым выходом логического пе-. реключающего блока.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства автоматического регулирования напряжения для выпрямительноинверторного преобразователя, на фиг. 2 — внешние характеристики преобразователя с регулированием напряжения, на фиг. За, б - временные диаграммы, поясняющие работу устройства при переходе преобраэрвателя, соответственно в инверторный и выпря- 55 мительный режим работы. но-инверторного преобразователя тяговой подстанции содержит преобразовательный трансформатор 1, вторичная обмотка которого соединена с входом трехфазного мостового выпрмяителя 2 и выходом мостового инвертора 3. Вход инвертора 3 через токоограничивающие1 реакторы 4 и 5, а выход выпрямителя

2 непосредственно подключены к шинам постоянного тока подстанции. Управление выпрямителем 3 и инвертором 3 производится блоками импульсно-фазового управления 6 и 7 соответственно.

Первичная обмотка трансформатора 1 выполнена секционированной, к крайним выходам которой подключен трехфазный управляемый реактор 8, а к отводам - аналогичный реактор 9.

Управляющие цепи первого 8 и второго

9 управляемых реакторов связаны с входами первого 10 и второго 11 бло-. ков сравнения, к одному иэ входов кажпого иэ которых подключены выходы датчика 12 угла сдвига фаз тока и напряжения и датчика 13 выпрямленного напряжения соответственно.

Устройство автоматического регулирования напряжения для выпрямительК первому входу токового корректирующего блока 14 подключен выход датчика тока 15 и к первому входу корректирующего блока 16 по переменному напряжению — выход датчика 17 напряжения питающей сети. Два других корректирующих блоков 14 и 16 связаны с выходом задающего блока 18.

Выход токового корректирующего блока

14 соединен с другим входом второго блока сравнения 11, а выход корректирующего блока 16 по переменному напряжению — с другим входом перво го блока сравнения 10.

Выход датчика тока 15 подключен через первый пороговый элемент 19 к одному из входов логической схемы

ИЛИ 20, ко второму входу которой че рез последовательно соединенные логическую схему НЕ 21 и второй пороговый элемент 22 подключен выход датчика 13 выпрямленного напряжения °

Выход логической схемы ИЛИ 20 подключен к одному из входов логическоC го переключающего блока 23, к другому входу которого подключен выход датчика 24 прерывистого тока, включенного в катод инвертора 3.

Логический переключающий блок 23 выполнен на триггере 25, выход которого поступает на входы задающего блока 18 и первой линии задержки 26

1108603 непосредственно и на вход второй линии задержки 27 через логическую схему НЕ 28. Выходы первой 26 и второй

27 линий задержки связаны соответственно с первым 6 и вторым 7 блоками импульсно"фазового управления преобразователей.

Устройство автоматического регулирования напряжения выпрямительно-инверторного преобразователя работает следующим образом.

Регулирование производится двумя .е управляемыми реакторами 8 и 9 путем изменения их реактивного сопротивления, в результате которого происходит перераспределение первичного тока трансформатора 1 между отводами обмотки, соединеннычи с,управляемыми реакторами. Изменение магнитного поток@ трансформатора вызывает соответст- 20 вующее изменение напряжения на его вторичных обмотках, подключенных к преобразователям, и позволяет осуществить получение требуемых внешних выходньж характеристик выпрямителя 0

lg

k (3 <) и входных. характеристик инвертора 0, 5 (3,„) (фиг. 2), где

U — напряжение постояного тока, 3<>ток выпрямителя 3 — ток инвертоди ра 30 !

Изменение реактивного сопротивления реакторов производится управляющими сигналами, воздействующими на управляющие цепи реакторов 8 и 9 и

35 поступающими с выходов соответствующих блоков сравнения 10 и 11. Сигналы управления с блоков сравнения формируются в зависимости от величины рассогласования между задающими сиг 40 налами с корректирующих блоков 14 и

16 и сигналами соответствующих датчиков угла сдвига тока и напряжения 12 и выпрямленного напряжения 13.

В инверторном режиме работы наиболее благоприятной характеристикой является горизонтальная характеристика 29, установленная на уровне напряжения U » который обеспечивает допустимое напряжение на пантографе

50 электровоза во всем диапазоне рабочих токов (фиг. 2). Такая характеристика достигается блоком импульсно-фазового управления 7, а установка требуемого уровня стабилизации характеристики определяется задающим блоком и осуществляется управляемыми реакторами. Для поддержания более высоких энергетических показателей инвертора возможно компаундирование входной характеристики с учетом минимального возможного с точки зрения устойчивости угла опережения инвертора р, а доведение до горизонтальной характеристики и обеспечение требуемого уровня производит система автоматического регулирования напряжения.

В зоне между двумя крайними естественными характеристиками 30 и 31 устройство автоматического регулирования позволяет получить внешние õàрактеристики вида 32 с линейным выходом со стабилизации при токах, меньших тока выхода на режим стабилизации U r на любом необходимом уровне 1 в пределах между с7 Вых характеристйками с минимальными 33 и максимальным 34 уровнями стабилизации (фиг. 2).

Уровень стабилизации характеристик в выпрямительном режиме, также как и в инверторном, задается задающим блоком 18, сигналы которого через корректирующие блоки 14 и 16 поступают на схемы сравнения 11 и 10.

Стабилизация напряжения осуществляется под действием управляющего сигнала со второго блока сравнения 11, формирующегося за счет рассогласования на его входе задающего сигнала с сигналом датчика выпрямленного нап- ряжения 13. При этом цепь управления реактором 8, состоящая из блока сравнения 10, датчика угла сдвига тока и напряжения 12, служит лишь для изменения реактивного сопротивления этого реактора с целью получения наибольших значений коэффициента мощности, это производится в зависимости от заданного уровня напряжения, что определяется поступающим через корректирующий блок 16 сигналом задающего блока 18. При получе- нии стабилизированных характеристик в диапазоне рабочих токов, больших

3g ы„, введение через токовый корректирующий блок 14 сигнала с датчика тока 15 позволяет производить уменьшение статической ошибки стабилизации при токах, близких к номинальному 3 д зы»

Получение выхода со стабипизированных характеристик в выпрямительном режиме осуществляется следующим образом. При сбросе тока нагрузки выпрямителя до величины 3,, рав8 выл ной 3-5Х номинального тока 3 д вы»

7 1108603 под действием сигнала с датчика тока

15 происходит резкое увеличение коэффициента усиления токового корректирующего блока 14 таким образом, что при дальнейшем уменьшении тока до 5 нуля производится линейное (пропорциональное току) понижение выпрямленного преобразователя до уровня

U», Так как установка требуемых уровней стабилизации в зависимости от числа поездов на межподстанцион- н ной зоне производится дискретно, по б дискретно устанавливаемым сигналам -п задающего блока 18, то каждому уров- к ню стабилизации токовым корректирую- 15 к щим блоком 14 по сигналам задающего е блока 18 устанавливается свой, соот- м ветствующий этому уровню коэффициент усиления, необходимый для обеспече- н ния выхода внешней характеристики 20 р преобразователя на устанавливаемый ш уровень напряжения.

Чтобы исключить влияние колебаний

25 напряжения в питающей сети на получение указанных характеристик, в устройство автоматического регулирования от датчика напряжения 17 через корректирующий блок 16 введена коррек30 ция по напряжению питающей сети. Под действием сигнала с датчика переменного напряжения 17 корректирукнций блок по переменному напряжению 16 производит изменение поступающего на его вход сигнала с задающего блока 18 таким образом, чтобы оно компенсировало влияние колебаний напряжения в питающей сети на стабильность заданных характеристик преобразователей.

Переключение выпрямительно-инвер40 торного преобразователя из одного ре жима работы в другой производится бесконтактно снятием и подачей импульсов управления блоками импульснофазового управления 6 и 7. Сигналы

45 запрета на подачу и снятие импульсов управления формируются в логическом переключающем блоке 23 в зависимости от ситуации в тяговой сети и поступают с его выходов 35 и 36 в соответствующие блоки 6 и 7 ившульсно-фазового управления. При этом для задания закона регулирования s соответствии с режимом работы в задающий блок 18 поступает сигнал с выхода 37 логичес- кого переключающего блока 23. Сигнал логической единицы на этом выходе соответствует выпрямительному режиму, а сигнал логического нуля — инверторному (фиг. За, б).

Переход выпрямительно-инверторного преобразователя из выпрямительного режима в инверторный (фиг. Эа) осуществляется по сигналам датчика тока 15 и датчика напряжения 13. Если ток нагрузки выпрямителя больше тока установки срабатывания 3 то даже при стабилизации напряжения на урове,выше, чем напряжение уставки сраатывания 0„, преобразователь не ереводится в инверторный режим, так ак в этом случае накладывается блоировка по току сигналом логической диницы на выходе 38 порогового элеента 19 через схему ИЛИ 20.

При сбросе тока нагрузки ниже роисходит уменьшение напряжения устойством регулирования, и при уменьении уровня напряжения ниже U в

J момент 1„ накладывается блокировка по напряжению и на выходе 39 порогового элемента 22 появляется сигнал логического нуля, который, инвертируясь через. логическую схему НЕ 21, поступает с ее выхода 40 в блок сравнения 20 (фиг. За). С дальнейшим уменьшением тока и напряжения при достижении током уставки 3 снимается блокировка по току (сигнал логического нуля на выходе 38 порогового элемента 19) в момент 1, . Последую- щее уменьшение тока до нуля приводит к понижению напряжения преобразова-: теля до уровня 0,1„, и наступает режим холостого хода выпрямителя.

При появлении избыточной энергии рекуперации повышается уровень напряжения в контактной сети. Когда прй токе агрегата равном нулю напряжение в контактной сети возврастает до уровня О, в.момент t снимается блокировка по напряжению (сигнал логического нуля на выходе 40 логической схемы НЕ 21), и на выходе 41 схемы ИЛИ 20 появляется сигнал логи» ческого нуля, переключающий триггер

25 и дающий команду логическому переключающему блоку 23 на перевод агрегата в инверторный режим. При эток одновременно на выходах 35 и 37 появляются сигналы логической едины. цы, которые без выдержки времени дают команду на снятие импульсов управления с выпрямителя в блок импульснофазового управления 6 и на перемагничивание управляемых реакторов в

1108603

10 соответствии с законом регулирования ннвертора в задающий блок 18. С выдержкой времени л14 (в момент t4 ), осуществляемой линией задержки 27, под действием сигнала с логической схемы НЕ 28 на выходе 36 переключающего блока 23 появляется сигнал ло-, гической единицы, под действием которого блок импульсно-фазового управления 7 подает импульсы управления на тиристоры инвертора.

Уставки на переход агрегата в инверторньй режим выбираются иэ условия 3> c a+ „для порогового элемента

19 и 0 >0 ы„- для элемента 22.

Для достижения правильного и плавного переключения преобразователя необходимо добиваться наименьшей величины уставки 3, так как от нее зависит величина напряжения линейной части вйешней характеристики 34 при выходе с максимально возможного уровня стабилизации 0,7 ц„.

Переключение преобразователя из инверторного режима в выпрямительный (фиг. Зб) производится по сигналу датчика прерывистого тока инвертора 24, работа которого подробно описана (33. При достижении момента надежного запирания тиристоров инвертора в момент 1 окончания рекуперации (фиг. Зб) на выходе 42 датчика прерывистого тока 24 появляется сигнал логического нуля, который поступает на первый вход логического переключающего блока 23 и переключает триггер 25 в положение, соответствующее выпрямительному режиму работы преобразователя. Под действием сигнала с выхода 36 блока 23 (сигнал логического нуля) блок импульсно-фа5 зового управлений 7 снимает импульсы управления с тиристоров инвертора.

Одновременно сигнал с выхода 37 логического переключающего, блока (сигнал логической единицы) переводит устройство автоматического регулирования на требуемый для выпрямительного режима работы преобразователя закон регулирования напряжения. С выдержкой времени а16 на перемагничивание управляемых реакторов, осуществляемой линией задержки 26, на выходе 35 блока

23 появляется сигнал логической единицы (в момент 1 ), под действием

:которого блоком импульсно-фазового управления 6 подаются импульсы управления на тиристоры выпрямителя.

Использование изобретения позволяет обеспечить рекуперативное торможение электроподвижного состава и повысить его надежность на участках с регулированием напряжения в тяговой сети. При этом технико-экономическая эффективность достигается при увеличении экономии электроэнергии за

30 счет повышения надежности работы выпрямительно-инверторного преобразователя и быстродействия при переходах из режима в режим, а также при ликвидации потерь электроэнергии за счет уменьшения уравнительных токов между преобразователями при регупировании напряжения и повышения точности определения ситуаций в тяговой сети.

3108603 dp й.2

»Oa6O3

Составитель 10.Андреев

Редактор Т. Колб Техред Л. Иартяшова Корректор В. Бутяга

Заказ 5883/43 Тираж 667 Подписное

ВНИИА Государственного комитета СССР по делам изобретений и отркытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4