- УСТРОЙСТВА АВТОРЕГУЛИРОВАНИЯ УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ИНВЕРТОРА
На электровозах ВЛ80р в режиме торможения применена система авторегулирования угла опережения инвертора β на постоянство угла погасания δ до возможно минимального значения 18—20° эл., обеспечивающая улучшение коэффициента мощности электровоза, снижение гармоник в тяговой сети, малое возрастание пульса ций выпрямленного тока по сравнению с регулированием на постоянство угла β.
При разработке системы авторегулирования тиристорного инверторного преобразователя принят принцип регулирования по углу основной коммутации тока, соответствующей углу опережения β. В схеме БУВИП выполнение функций авторегулирования инвертора возлагается на датчики угла коммутации Dу, блок БРУЗ, однокапальный узел фазового управления УФУ-3 в блоке УФУ-011.
Система авторегулирования выполнена на основе одпоканального полупроводникового УФУ с вертикальным управлением, в котором симметрия фазы повышается за счет применения одной и той же цепи формирования пилообразных импульсов для обоих полупериодов, одного и того же нуль-органа и одинаковых начальных условий формирования «пилы» благодаря разряду конденсатора формирующей цепи в каждый полупериод. Одноканальный УФУ обеспечивает необходимый диапазон фазового управления и стабильность фазовой характеристики при изменении окружающей температуры, значения и формы питающего напряжения.
Датчики угла коммутации.
Они предназначены для формирования импульсов напряжения, длительность которых соответствует углу коммутации тока в плечах преобразователя. В преобразователях с многозонным регулированием напряжения наиболее целесообразно осуществлять измерение углов коммутации по току во вторичной обмотке силового трансформатора. Такой датчик содержит трансформатор тока, нагруженный на дифференцирующий элемент,— дроссель с воздушным зазором и малым активным сопротивлением. Трансформатор тока обеспечивает протекание через дроссель переменного тока трапецеидальной формы (рис. 77). При протекании тока через дроссель на его зажимах возникают импульсы напряжения Ul=Ldi|dt. Во время коммутации тока имеют место значительно большие dildt по сравнению с межкоммутационным периодом. Поэтому ширина импульсов напряжения UL соответствует углу коммутации, а их амплитуда зависит от di|dt и колеблется при изменении нагрузки.
Трансформатор тока, включенный в цепь вторичной обмотки силового трансформатора, работает по полному циклу намагничивания, что обеспечивает амплитуду выходных импульсов Ul =50-100 В, при L = 5,5 мГ и уменьшает влияние поочередной коммутации тока на их форму.
Импульсы Ul на разных зонах стабильны по амплитуде и форме, а их длительность соответствует основной коммутации. Прямоугольная часть импульса достаточна для формирования рабочего импульса Uγ амплитудой 8—9 В при работе инвертора с δ = 5-7° эл.
Органы измерения угла коммутации в тиристорном преобразователе, выполненном по восьмиплечевой силовой схеме, должны учитывать наличие дополнительной коммутации тока (соответствующей углу регулирования арег); быстродействующий перевод нагрузок с одних секций трансформатора на другие; неодновременность основной коммутации тока в различных контурах коммутации. Сигнал от дополнительной коммутации тока в арег не должен нарушать пропорциональность регулирования по углу основной коммутации тока, соответствующей углу β. При синхронном переводе нагрузки, когда основная коммутация с одной секции трансформатора переводится на другие, недопустим пропуск выходного сигнала измерительного органа, который может вызвать уменьшение угла погасания и «опрокидывание» инвертора. Поэтому выходы измерителей углов коммутации, работающих на разных зонах, должны переключаться синхронно в момент времени ωt = π/2.
Рис. 77. Диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующие работу датчиков угла коммутации
Датчик Dγ1 работает на III и IV, a Dγ2 на I и II зонах регулирования (см. рис. 51). Трансформаторы тока датчиков выполнены на тороидальных сердечниках и имеют две обмотки с числом витков: ω1= 1; ω2=214. Дроссель выполнен на Ш-образном сердечнике с воздушным зазором. На среднем сердечнике размещена обмотка, в которой предусмотрен промежуточный вывод от 50-го витка. Для получения оптимальной формы импульсов напряжения Ul рекомендуется включать трансформаторы тока на выводы 1—2 дросселя (50 витков) и устанавливать воздушный зазор 3 мм. Разнополярные импульсы Ul с выходов датчиков Dγ1, Dγ2 каждого из ВИП-61, ВИП-62 подаются на блок БРУЗ.
Блок БРУЗ.
На блок БРУЗ по проводам А42, А43 и А44, А45 (рис. 78) поступают разнополярные импульсы напряжения UL с датчиков углов коммутации, работающих на I и II зонах регулирования (с ВИП-61 и ВИП-62), а по проводам А38, А39 и А40, А41 — с датчиков, работающих на III и IV зонах регулирования. Через ограничивающие резисторы R1—R4 импульсы поступают на выпрямительные мосты в модулях Е1 и Е2. Выходы мостов каждой из двух групп датчиков всех ВИП запараллелены. Включение мостов по схеме «ИЛИ» обеспечивает регулирование угла опережения β по наибольшему углу коммутации тока в ВИП. Однополярные импульсы первой группы датчиков ограничиваются по амплитуде стабилитроном V2, а второй группы — стабилитроном V1 на уровне 33 В. Напряжение, ограниченное стабилитронами V1 и V2, через контактные группы 5—11, 3—13 или 6—10, 4—12 реле К1 подается через резистор R6 на стабилитроны V3—V5, включенные последовательно. Каждая из катушек магнито управляемых контактов К1 получает питание соответственно по проводам А8, А13 и А6, А12 через транзисторы триггера синхронного перехода в блоке БЛ. На I и II зонах регулирования замкнуты контакты 5—11, 3—13. При переходе со II па III зону синхронно с моментом времени ωt=π/2 срабатывает триггер синхронного перехода, замыкаются контакты 6—10, 4—12 и размыкаются контакты 5—11, 3—13, осуществляя быстродействующее переключение цепи стабилитронов V3—V5 с первой группы датчиков на вторую без пропусков импульсов Uγ.
Стабилитроны V4, V5 срезают нижнюю, не пропорциональную углу коммутации часть импульса Ul на уровне 14—16 В (см. рис. 77). Стабилитрон V3 формирует прямоугольный импульс Uγ с амплитудой 8—9 В, по длительности соответствующий углу коммутации.
В режиме торможения напряжение Uγ с резистора R7 через контакты 3—13,11—5 реле К2 подается на вход транзистора модуля Е3 типа ТЭ-104 (039), который с конденсаторами C1, С2, резисторами R12, R13, R15 и R16 образует интегрирующий контур, преобразующий импульсы Uγ с частотой 100 Гц в аналоговое на пряжение управления. При поступлении импульсов Uγ на вход транзистор закрывается на время коммутации тока.
Рис. 78. Принципиальная схема блока БРУЗ
Через резистор R12 и развязывающий диод V8 заряжается кон денсатор С1 от стабилизированного источника постоянного напря жения. Если постоянная времени разряда меньше постоянной цепи заряда конденсатора С1, то среднее напряжение на конденсаторе пропорционально длительности коммутации тока.
С делителя R16, R15, R4 в блоке УФУ-011 через резистор R14 напряжение управления, пропорциональное углу коммутации, пода ется на вход одноканального УФУ-3 в блоке УФУ-011. УФУ-3 преобразовывает постоянное напряжение управления, снимаемое с конденсатора С1, в импульсы управления, фаза которых определяет угол опережения β, необходимый для поддержания заданного угла погасания δ. С увеличением угла коммутаций (растет ток рекуперации; изменяется расстояние электровоза до подстанции, напряжение контактной сети и т. д.) УФУ-3 увеличивает угол β на значение, пропорциональное изменению угла коммутации, таким образом, что выполняется условие δ = β — γ = const во всех рабочих режимах электровоза.
Для получения обратной фазовой характеристики УФУ-3 (с ростом управляющего напряжения угол β возрастает) на выводы 7—8 модуля УФУ-И подается стабилизированное опорное напряжение смещения. Потенциометром в модуле Е1 блока УФУ-011 устанавливается заданный угол погасания δ.
В режиме тяги блок БРУЗ подает импульсы Uγ с резистора R7 (стабилитрона V3) на блок БСК, что необходимо для работы систем слежения углов регулирования за углами коммутации. Сигналы Uγ на БСК поступают по проводу А34 через размыкающие контакты реле К3. В режиме тяги напряжение Ul, ограниченное стабилитронами V1, V2, подается на стабилитроны V3, V4 через диоды V6, V7, контакты 4—12 реле К3 и резистор R5.