Пояснительная записка (1230251), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Рисунок 1.6 - Диаграммы работы фазораспределения
Процессы в режиме рекуперации при подаче на вход элемента D7.2 напряжения низкого уровня происходят аналогично. В этом случае выходной сигнал формируется элементами D8.1 — D8.4, на входы 2 и 12 которых поступает напряжение высокого уровня с выхода 11 D7.2 формирователя сигнала «Тяга — Рекуперация». Элементы D9.1 — D9.4 блокированы низким уровнем напряжения, поступающим на их входы 1 и 12 с выхода D7.4.
В случае подачи в режиме тяги на вход «Запрет» напряжения низкого уровня прекращается формирование импульсов фазораспределения, поскольку на выходе 6 D7.4 появляется напряжение низкого уровня, не позволяющее работать элементам D9.1 — D9.4. Напряжение на их выходе принимает нулевое значение.
1.3 Формирователь синхронизирующих импульсов
Формирователь синхронизирующих импульсов может использоваться для управления тиристорными преобразователем на электроподвижном составе переменного тока с рекуперативным торможением и может работать без сбоев при сильных искажениях формы питающего напряжения без статической и динамической погрешности. Формирователь синхронизирующих импульсов содержит измерительный трансформатор, компаратор, два диода, выпрямитель, RS-триггер и формирователь импульсов из фронтов и срезов прямоугольных импульсов. Измерительный трансформатор своим выходом соединен с входом компаратора, выход которого подключен к входам первого и второго диодов. Выход первого диода подключен к входу S, а выход второго через выпрямитель к входу R RS-триггера, выход которого соединен с входом формирователя импульсов из фронтов и срезов прямоугольных импульсов, а его выход является выходом устройства. Формирователь срабатывает в каждом полупериоде только в момент перехода напряжения трансформатора через ноль и не реагирует до конца полупериода на все последующие искажения входного сигнала, связанны е с коммутацией. Опытные испытания формирователя показывает что в течение месячной эксплуатации на электровозе ВЛ80Р не отмечалось сбоев и отказов в его работе, статическая и динамическая погрешность близка к нулю. Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, в частности, для управления тиристорными преобразователем на электроподвижном составе переменного тока с рекуперативным торможением. Во время работы электровозов переменного тока с рекуперативным торможением на отдельных участках железной дороги наблюдается нестабильная работа электронной аппаратуры управления при сильных искажениях формы кривой питающего напряжения. Сущность этого явления заключается в изменении момента формирования синхронизирующих импульсов, предназначенных для синхронизации работы аппаратуры управления. Синхронизация осуществляется по моментам перехода сетевого (питающего) напряжения через ноль. В случае возникновения искажения формы кривой питающего напряжения, например при появлении коммутационных и послекоммутационных колебаний напряжения изменяется величина угла запаса инвертора отсчитываемого от моментов появления синхроимпульсов, что влияет на ухудшение энергетических показателей электровоза.
При сильных искажениях питающего напряжения происходит нестабильная работа, сбои и отказ в работе системы управления электровоза. Известно устройство (рисунок 1.7), позволяющее формировать синхронизированные с сетью импульсы для задания угла запаса инвертора при искажении формы кривой питающего напряжения [1]. Синхронизация осуществляется за счет замены искаженной кривой питающего напряжения ее первой гармонической составляющей и приближении ее фазы к фазе питающего напряжения. Регулирование фазы осуществляется схемой автоматического регулирования, при этом в моменты прохождения напряжения первой гармоники через ноль формируются синхроимпульсы [2].
Рисунок - 1.7
Формирователь регулируемых опорных импульсов содержит измерительный трансформатор, выпрямительный мост, транзисторный ключ, задатчик напряжения смещения, элемент сравнения, интегрирующий элемент и фазосмещающий элемент.
Вторичная обмотка силового трансформатора соединена с первичной обмоткой измерительного трансформатора. Его выход связан с входом выпрямительного моста. Выход выпрямительного моста соединен с первым входом транзисторного ключа. Задатчик напряжения смещения соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого связан с выходом транзисторного ключа. Выход элемента сравнения связан с входом интегрирующего элемента, выход которого соединен с входом фазосмещаюшего элемента, выход которого соединен с вторым входом транзисторного ключа и является выходом формирователя регулируемых опорных импульсов.
Формирователь регулируемых опорных импульсов выполняет функции задатчика угла запаса инвертора и осуществляет коррекцию заданного угла запаса в зависимости от искажения формы напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Формирователь обеспечивает синхронизацию импульсов путем автоматического приближения к фазе напряжения вторичной обмотки трансформатора фазы его первой гармоники. Фазосмещающий элемент формирователя вырабатывает прямоугольные импульсы, равные по длительности заданному значению угла запаса инвертора, которые синхронизированы с напряжением сети.
Таким образом формирователь регулируемых опорных импульсов позволяет повысить устойчивость инвертора в режимах работы, сопровождающихся искажениями формы кривой питающего напряжения, так как осуществляется коррекция величины заданного угла запаса инвертора в зависимости от возникающих искажений.
Однако управляемое известным формирователем устройство регулирования угла запаса инвертора понижает энергетические показатели электровоза при искажениях формы кривой питающего напряжения, обусловленные статической погрешностью в формировании синхроимпульсов.
Статическая погрешность при формировании синхроимпульсов обусловлена погрешностью системы автоматического регулирования и составляет в установившемся режиме 1-2 эл.град. [2].
При резком увеличении коммутационных провалов напряжения при запуске моторомпрессора электровоза, а также при отключении защиты на собственном или соседнем электровозе увеличивается ошибка при автоматическом регулировании фазы первой гармоники напряжения вторичной обмотки трансформатора. Это приводит к увеличению погрешности формирования синхроимпульсов, составляющей 2-9 эл.град. [2].
Другим недостатком формирователя импульсов является нестабильность его работы при сильных искажениях формы кривой питающего напряжения, поскольку увеличивающаяся при этом ошибка в формировании синхроимпульсов приводит к сбоям в работе аппаратуры электровоза.
Известен также формирователь в устройстве разнофазного управления тиристорными преобразователями [3], позволяющий исключить сбои в работе формирователя опорных импульсов при сильных искажениях формы кривой питающего напряжения за счет разнесения во времени начал и окончаний коммутации между двумя секциями электровоза. При этом свободные послекоммутационные составляющие напряжения по секциям противоположны по фазе, что приводит к их уменьшению в форме питающего напряжения и соответственно позволяет улучшить форму напряжения на вторичной обмотке трансформатора.
Устройство равнофазного управления содержит формирователь регулируемых опорных импульсов с блоком фиксированной задержки импульсов и устройство регулирования угла запаса инвертора.
Формирователь регулируемых опорных импульсов содержит, измерительный трансформатор, выпрямительный мост, транзисторный ключ, задатчик напряжения смещения, элемент сравнения, интегрирующий и фазосмещающий элементы.
Вторичная обмотка силового трансформатора электровоза соединена с первичной обмоткой измерительного трансформатора формирователя. Его выход связан с входом выпрямительного моста. Выход выпрямительного моста соединен с первым входом транзисторного ключа. Задатчик напряжения смещения соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого связан с выходом транзисторного ключа. Выход элемента сравнения связан с входом интегрирующего элемента, выход которого соединен с входом фазосмещающего элемента, выход которого соединен с вторым входом транзисторного ключа и входом блока задержки импульсов, выход которого является выходом формирователя регулируемых опорных импульсов.
Формирователь регулируемых опорных импульсов с блоком задержки обеспечивает асинхронное включение двух инверторов каждой секции электровоза. Угол задержки импульсов, задаваемый блоком задержки, равен полупериоду свободных послекоммутационных колебаний напряжения, возникающих в сети при сильных искажениях питающего напряжения. Взаимная компенсация между секциями свободных колебаний напряжения. имеющих противоположные знаки, приводит к уменьшению свободных составляющих в форме кривой питающего напряжения и улучшению формы кривой напряжения, поступающего в формирователь со вторичной обмотки трансформатора электровоза. Таким образом, разнофазное управление позволяет увеличить устойчивость работы аппаратуры управления электровоза при сильных искажениях формы кривой питающего напряжения, а также позволяет без сбоев формировать синхронизирующие импульсы при сильных искажениях формы питающего напряжения.
При сохраненной в устройстве схеме автоматического регулирования при формировании синхроимпульсов неизбежна, как и в первом рассмотренном устройстве, статическая погрешность в генерировании синхроимпульсов. Статическая погрешность обусловлена погрешностью системы автоматического регулирования. Динамическая ошибка связана с резким увеличением или исчезновением коммутационных провалов напряжения при пуске, например, мотор-компрессора электровоза или при других переходных процессах. Схема разнофазного управления за счет улучшения формы кривой напряжения уменьшает погрешности формирования синхроимпульсов, хотя это не решает проблемы выработки синхроимпульсов, которые должны формироваться в момент перехода напряжения вторичной обмотки трансформатора через ноль.
В основу изобретения положена задача создания формирователя синхронизирующих импульсов, работающего без сбоев при сильных искажениях формы питающего напряжения и лишенного статической и динамической погрешности в формировании синхроимпульсов за счет того, что устройство срабатывает только в моменты перехода сетевого напряжения через ноль.
Поставленная задача решается тем, что в формирователе синхронизирующих импульсов, содержащем инвертор и измерительный трансформатор, подключенный к выходу силового трансформатора, дополнительно введены компаратор, первый и второй диоды, RS-триггер и формирователь импульсов из фронтов и срезов прямоугольных импульсов, причем вход компаратора подключен к выходу измерительного трансформатора, выход компаратора соединен с входами первого и второго диодов, выход первого диода соединен с входом S RS-триггера, а выход второго диода через инвертор соединен с входом R RS-триггера, выход которого соединен с входом формирователя импульсов из фронтов и срезов прямоугольных импульсов. Выход, которого является выходом формирователя синхроимпульсов, при этом компаратор обеспечивает преобразование напряжения с выхода измерительного трансформатора в прямоугольные импульсы положительной и отрицательной полярности, выделяемые первым и вторым диодами соответственно.
Эффект работы формирователя синхронизирующих импульсов основан на том, что RS-триггер формирователя срабатывает в каждый полупериод только по первому импульсу сигнала, поступающего на его вход со стороны вторичной обмотки трансформатора, и не реагирует до конца полупериода на последующие импульсы. При этом появление первого импульса сигнала соответствует моменту перехода сетевого напряжения через ноль, все искажения входного сигнала, связанные с коммутацией, находятся в середине полупериода, поэтому они не вызывают переключение триггера.
На рисунке 1.7 представлена схема формирователя синхронизирующих импульсов, на рисунке 1.8 представлены диаграммы, поясняющие работу формирователя синхронизирующих импульсов.
Формирователь синхронизирующих импульсов содержит измерительный трансформатор 1, компаратор 2, первый диод 3, второй диод 4, инвертор 5, RS-триггер 6, формирователь импульсов из фронтов и срезов прямоугольных импульсов 7.
Рисунок – 1.8
Выход измерительного трансформатора 1 соединен с входом компаратора 2, выход которого соединен с входом первого диода 3 и входом второго диода 4, выход первого диода подключен к входу S RS-триггера 6, выход второго диода через инвертор 5 соединен с входом R триггера, выход которого соединен с входом формирователя импульсов из фронтов и срезов прямоугольных импульсов 7, выход которого является выходом устройства. При этом компаратор обеспечивает преобразование напряжения с выхода измерительного трансформатора в прямоугольные импульсы положительной и отрицательной полярности, выделяемые первым и вторым диодами соответственно.
Компаратор 2 выполнен на базе операционного усилителя К140УД7, инвертор 5 изготовлен по известной схеме [4] на операционном усилителе К140УД7, RS-триггер 6 собран из двух логических элементов ИЛИ-НЕ, формирователь импульсов из фронтов и срезов выполнен по известной схеме [5] и состоит из двух логических элементов И-НЕ и демпфирующей RC-цепочки.
Формирователь синхронизирующих импульсов работает следующим образом
Напряжение вторичной обмотки трансформатора 1 (рисунок – 1.8а) поступает на вход компаратора 2 и имеет провалы, связанные с процессами коммутации в инверторе. С помощью компаратора 2 это напряжение преобразуется в прямоугольные импульсы положительной и отрицательной полярности (рисунок –
1.8б). Переход напряжения вторичной обмотки трансформатора 1 через ноль сопровождается формированием фронта и среза в напряжении на выходе компаратора 2. При этом в выходном напряжении компаратора 2 сохраняются переходы напряжения от низкого уровня к высокому и обратно, которые связаны с коммутационными искажениями напряжения вторичной обмотки трансформатора 1. После выпрямления с помощью первого диода 3 положительная полуволна напряжения компаратора (рисунок - 1.8в) поступает на вход S триггера 6. Отрицательная полуволна напряжения компаратора (рисунок - 1.8г), выделяемая вторым диодом 4, преобразуется в положительную (рисунок - 1.8д) с помощью инвертора 5 и подается на вход R триггера 6. Таким образом, на входы триггера 6 поступают управляющие импульсы, фронты которых совпадают с моментами перехода сетевого напряжения через ноль. RS-триггер 6 переключается из одного устойчивого состояния в другое только по фронту первого импульса импульсной последовательности, поступающей на его вход. Так триггер 6 переходит в единичное состояние (рисунок - 1.8е) по фронту импульса, поступающего на его вход S (рисунок - 1.8в), и не реагирует на фронты импульсов, связанные с искажениями напряжения вторичной обмотки трансформатора 1. Аналогично работает триггер по входу R, отличие состоит в том, что фронт импульса, поступающий на этот вход, приводит к обнулению триггера. Таким образом, на выходе триггера 6 (рисунок - 1.8е) формируются прямоугольники напряжения, совпадающие с моментами перехода сетевого напряжения через ноль. Напряжение с выхода триггера поступает на вход формирователя импульсов из фронтов и срезов прямоугольных импульсов 7 и с его помощью по фронту и срезу входных импульсов (рисунок - 1.8е) формируются синхронизирующие импульсы (рисунок - 1.8ж) необходимой величины и формы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
