СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЯГОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ С ПИТАЮЩИМ НАПРЯЖЕНИЕМ ТЯГОВОЙ СЕТИ
METHOD FOR SYNCHRONISATION OF TRACTION CONVERTER CONTROL SYSTEM WITH TRACTION NETWORK SUPPLY VOLTAGE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в синхронных системах управления полупроводниковыми преобразователями при сильном искажении формы кривой питающего напряжения, в частности для управления тиристорными выпрямительно-инверторными преобразователями на электроподвижном составе, получающем питание от контактной сети переменного тока.
Уровень техники
Известен способ синхронизации системы управления, заключающийся в том, что измеряют напряжение сети, формируют синхронизирующий сигнал и синхронизирующие импульсы в моменты совпадения синхронизирующего сигнала с заранее заданным фиксирующим уровнем (Элементы информационной электроники систем управления вентильными преобразователями: монография / М.М. Дудкин, Л.И. Цытович. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011. - 362 с.).
Недостатком известного способа синхронизации является его низкая помехоустойчивость к импульсным помехам и коммутационным искажениям со стороны напряжения сети, а также погрешность работы при изменениях амплитуды и частоты сигнала синхронизации.
Известен способ, позволяющий устранить указанные недостатки путем формирования синхронизирующего сигнала, приближенного по фазе к фазе питающего напряжения. Для этого синхронизирующее напряжение с выхода измерительного трансформатора фильтруется, преобразуется в прямоугольные импульсы, и схемой автоматической подстройки фазы осуществляется регулирование фазы синхронизирующего сигнала по усредненному за несколько десятков полупериодов моменту перехода синхронизирующего сигнала через ноль (С.А. Крамсков, Б.М. Наумов, О.Р. Калабухов. Синхронизация систем управления тиристорными преобразователями электровозов переменного тока. В кн. Электровозостроение: Сб. научн. тр. Всесоюз. н.-и., проект.-конструк. и технол. ин-т электровозостроения. - Новочеркасск, 1984, т. 25. Вопросы теории и практики создания магистральных электровозов, с. 86-92). Для регулирования фазы синхронизирующего сигнала используется интегратор с большой постоянной времени, что обеспечивает высокую помехозащищенность контура регулирования фазы.
Описанный способ синхронизации системы управления тиристорным выпрямительно-инверторным преобразователем принимается в качестве прототипа. Недостатком прототипа является то, что большая постоянная времени интегратора затрудняет процесс "втягивания" системы автоматической подстройки фазы в синхронизм после восстановления напряжения сети, например при проезде нейтральной вставки или при срабатывании токовой защиты, что нарушает работу синхронизирующего устройства и системы управления полупроводниковым преобразователем электровоза.
Раскрытие изобретения
Технический результат изобретения - повышение точности и надежности синхронизации в условиях сильного искажения питающего напряжения, вызванного как работой самого выпрямительно-инверторного преобразователя, так и переходными процессами, связанными со снятием и восстановлением напряжения сети при проезде нейтральной вставки или срабатывании токовой защиты.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ синхронизации системы управления тяговыми преобразователями с питающим напряжением тяговой сети, заключающийся в том, что при помощи измерительного трансформатора получают сигнал, пропорциональный напряжению тяговой сети, формируют синхронизирующий сигнал, сравнивают его фиксирующим элементом с нулевым уровнем и формируют сигналы синхронизации, при этом сигнал с выхода измерительного трансформатора подают на фильтр, осуществляющий фильтрацию искажений, и с выхода фильтра подают на компаратор, сравнивают с нулевым уровнем и определяют период напряжением тяговой сети как интервал времени между одноименными переходами сигнала через ноль, запускают два генератора гармонических сигналов, которые формируют сигналы: один - синусоиду и другой - косинусоиду с периодами, равными периоду напряжения в тяговой сети, сигнал с выхода измерительного трансформатора умножают на выходной сигнал генератора синусоиды и произведение подают на первый интегратор, а произведение сигнала с выхода измерительного трансформатора на выходной сигнал генератора косинусоиды подают на второй интегратор, сигнал с выхода первого интегратора подают на первый вход первого сумматора, на второй вход которого подают инвертированный и задержанный на время, равное периоду напряжения тяговой сети, сигнал с выхода первого интегратора, сигнал с выхода второго интегратора подают на первый вход второго сумматора, на второй вход которого подают инвертированный и задержанный на время, равное периоду напряжения тяговой сети сигнал с выхода второго интегратора, сигналы с выходов первого и второго сумматоров умножают соответственно на выходные сигналы генераторов синусоиды и косинусоиды, полученные произведения суммируют третьим сумматором, на выходе которого получают синхронизирующий сигнал, который сравнивают выходным компаратором с нулевым уровнем и в моменты перехода сигнала компаратора через ноль формируют импульсы синхронизации.
В результате осуществления заявленного способа формируется синхронизирующий сигнал в виде гладкой составляющей, совпадающий с текущим значением основной гармоники питающего напряжения, в котором исключаются влияние коммутационных искажений питающего напряжения, вызванные работой выпрямительно-инверторного преобразователя.
Краткое описание чертежей
На фигуре представлена структурная схема, поясняющая предлагаемый способ.
Осуществление изобретения
На схеме изображены: контактная сеть 1, тяговый трансформатор 2, тиристорный выпрямительно-инверторный преобразователь 3, тяговый двигатель 4 и сглаживающий реактор 5. Измерительный трансформатор 6, фильтр 7, компаратор 8, которым определяют период напряжением тяговой сети как интервал времени между одноименными переходами сигнала через ноль, генераторы синусоиды 9 и косинусоиды 10, умножитель 11 и 12, интеграторы первый 13 и второй 14, элемент задержки 15 и 16, сумматор первый 17 и второй 18, умножители 19 и 20, третий сумматор 21, компаратор-формирователь синхроимпульсов 22, система управления 23 выпрямительно-инверторного преобразователя.
Известно, что при работе выпрямительно-инверторного преобразователя на электровозе в кривой питающего напряжения возникают коммутационные провалы, которые сопровождаются высокочастотными колебаниями с частотой 500-1500 Гц. В результате наблюдаются неоднократные в течение полупериода переходы питающего напряжения через ноль, что нарушает работу системы синхронизации, которая должна формировать синхронизирующие сигналы, привязанные к определенной фазе питающего напряжения, обеспечивающей максимальный диапазон регулирования. Максимальный диапазон достигается при формировании синхронизирующих импульсов в моменты перехода через ноль неискаженной формы питающего напряжения.
Схема работает следующим образом. При помощи измерительного трансформатора 6 измеряют мгновенное значение напряжения на входе выпрямительно-инверторного преобразователя 3 и подают его на фильтр 7, осуществляющий фильтрацию искажений. Отфильтрованный сигнал подают на компаратор 8, сравнивают его с нулевым уровнем и определяют период напряжения тяговой сети как интервал времени между одноименными переходами сигнала с выхода фильтра через ноль. Сигнал, определяющий период напряжения тяговой сети, используют для запуска двух генераторов гармонических сигналов, которые формируют сигналы: один 9 - синусоиду и другой 10 - косинусоиду, с периодами, равными периоду напряжения в тяговой сети. Сигнал с выхода измерительного трансформатора 6 умножают на выходной сигнал генератора синусоиды 9 умножителем 11 и произведение подают на первый интегратор 13, а произведение сигнала с выхода измерительного трансформатора 6 и выходного сигнала генератора косинусоиды 10 с выхода умножителя 12 подают на второй интегратор 14.
Сигнал с выхода первого интегратора 13 подают на первый вход первого сумматора 17, на второй вход которого подают инвертированный сигнал с выхода первого интегратора 13, задержанный блоком задержки 15 на время, равное периоду напряжения тяговой сети, сигнал с выхода второго интегратора 14 подают на первый вход второго сумматора 18, на второй вход которого подают инвертированный сигнал с выхода второго интегратора 14, задержанный блоком задержки 16 на время, равное периоду напряжения тяговой сети. Сигналы с выходов первого 17 и второго 18 сумматоров умножают на выходные сигналы генераторов синусоиды 9 и косинусоиды 10 блоками умножения 19 и 20 соответственно, полученные произведения суммируют третьим сумматором 21, на выходе которого получают синхронизирующий сигнал, сравнивают его с нулевым уровнем выходным компаратором 22 и в моменты перехода сигнала компаратора через ноль формируют импульсы синхронизации для системы управления 23 тиристорами выпрямительно-инверторного преобразователя.
Реализация предлагаемого способа синхронизации может быть выполнена с использованием как аналоговых узлов, так и микропроцессора. Использование микропроцессора является наиболее предпочтительным, так как аналоговые узлы в условиях большого диапазона рабочих температур (-60°С.., +60°С) обуславливают значительную нестабильность параметров системы синхронизации. Испытания опытного образца системы синхронизации с использованием предлагаемого способа в условиях сильного искажения формы напряжения показали устойчивую его работу как в установившихся режимах, так и переходных, связанных со снятием и восстановлением напряжения на токоприемнике электровоза. "Втягивание" системы в режим синхронизации не превышает одного периода.