Выпрямительно-инверторный преобразователь электроподвижного состава
Ишбретсние относится к транспорт Цель изобретениятс выше пне Выпрямить 1Ьно инвергорный преобрчзоьа reih лекгроподвн-кного сотава с нср/мп тва однофсиных моста i тавныч тиристоров -6 и 7 10, входом гюдкпюченных к нго ричной обмотке 11 тяювою трансфор-м тора 1 Выходы мостов тиристоров i ( и 7 10 подключены к HciipxikiM 12 и 1 представляющим собой цепи по, ic ель но соединенных сглаживающих реакторов It И ГЯ-ГОНЫХ КО LiehTOpHbiv IBHraTfUH 1 г Венгипы ый мост a inoiax 1Ь 19 вхм юм подключен к обмотке 1 1 а выхспомк фильтpoвoмv конденсатор 20 Запирав мь. тиристоры 21 и 22 потктючены меж А ви во1ами постоянного тока вентигьного ч о i на чцот.ах 16 19 и одноименными с i IM ВЫВО I I О И I ИрШ lOfldB i 1 И111 ф ты 5 и i
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
„„SU„.1623893 (5I ) 5 В 60 I 9 12
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (2I) 4300204/11 (22) 03.09.87 (46) 30.01 91. Ьюл. № 4 (71) Научно-исследова е )ьскии, проектноконструкторский и технологический институт комплектного электропривода (72) Р. Д. Валеев (53) 621.314 (088.8) (56) Авторское свидетег>ьство СО:Р № 1216040, кл. В 60 I 9712, 1986. (54) ВЫП РЯМИТЕЛ)>НО-И11ВЕРТОРНЫ и и РЕОВРАЗОВЛП..;lb Э.>1 ЕКТРОПОДВИЖНОГО с О(ТЛВА (57) Изобретсние относится к тр;)пспорту.
) сель изобретения -- си>вышс ние К IД.
Выпрямитс IbH()-инверторный преобразовагель влектроподвижно о ссх т;)ва с >дер)>,и! два с>днофазных моста главных тиристоров
3 6 и 7 10, входом подключенных h вто ричной обмотке ! тягового трансф()р;.;!. тора 1. Выходы мостов тиристоров 3 (> и 7- 10 подключс! ы к нагрх.(кам 12 и >, представляюцсим собой цепи последов; (.)ьно соединеHHblx сглаживающих рс актор(>н
14 и гя! ot)tlx коллекторны двигатсг)(t! 1 >
Вентильпый мост а диодах 16 19 вход(>х! подключен к обмотке 11. d вы одом фильтровому конденс атору 20. Запир()с мы( тиристоры 21 и 22 подключены межа) >(ы водами постоянного тока вентильнс>г» х>(> г:: и» диодах 16---19 и одноименн.)ми с»;>и
t)Iýtt)(> t;t >)! з >>ри(t()I>(>t! 3 t> и, 1(> ф-лы, 5 ил.
1623893 з
Изобретение относится к транспорту и ..«<жст быть использовано во входных пре<>раз<ч<ателях электровозов переменного тока для питания как коллекторных, так и
А< сколлекторных тяговых двигателей.
Цель изобретения — повышение КПД.
На фиг. 1 представлена принципиальная с хема вып ря мительно-инверторного преобразователя электроподвижного состава, выполненная с использованием запираемых тиристоров; на фиг. 2 — принципиальная схема выпрямительно-инверторного преобразователя электроподвижного состава, выполненная на тиристорах; на фиг. 3 и 4 — временные диаграммы изменения токов и напряжений в преобразователе соответственно для выпрямительного и инверторного режимов работы; на фиг. 5 — временные диаграммы токов и напряжений в элемеH Гах <<зл<а< коммутации.
Выпрямительно-инверторный преобразова гель э lk.кгроподвижного состава содержит
<яговь<й .рансформатор 1 (фиг. 1), первич«ая о<«<отка которого через токосъемник
«одс<клв <ена к контактной сети 2 пере,<. нно< о тока, однофазные мосты главных
<: ристоров 3 — !О, выводами переменного гока подсоединенные к вторичной обмотке 11 — ягового грансформатора 1, а выводами посс<»<нное«тока к нагрузкам 12 и 13, к <хл; г< вз которых представляет собой цепь
И. < .fk <ОВа ГСЛьНО СОЕдиненных сглаживаЮц !ч актора 14 и коллекторного тягодн;<гателя !" с независимой обмотсой возбуждения (не показано). Преобразо:г«.ь с держит т-акже мост на диодах
<6 !ч, выводами переменного тока под° . оченный к вторичной обмотке 11, а выхами постоянного тока — к фильтроому « .ëå< сатору 20, и запираемые тиристоры 2! и 22, подключенные между одt оименными выводами однофазных мостов
:,.<.:k4k<ûë гиристоров и диодного моста. На фиг. " запираемые тиристоры 21 и 22
«азань< г виде тиристоров, снабженных общим .! ухтактным узлом 23 принудительно. коммутации 23, содержащим две це. < чки ног<арво последовательно соединенных коммутирующих тиристоров 24 и 25 и заряд<ых тирисгоров 26 и 27, которое анодаMH и ка годами подключены к выводам постоянного тока диодного моста 16 — 19, коммутируюгцую цепь из соединенных после.;<.вительно реактора 28 и конденсатора 29, <ве цепочки попарно последовательно сое,иненных зарядных диодов 3 и 3! и возвратных диодов 32 и 33, катодами < анод;<чи подключенные к выводам постоянного
< <ка диодвого моста 16 — 19, коммутирующий
:па«сформатор, первичная обмотка 34 кото<ян о подключена между общимц точками
«. инения зарядных тиристоров 26 и 27 и ра 4!>ядных диодов 30 и 31, а вторичная
". лотка 35< .между обц ими точками соеди(:i <ря 1!4blX gk<0 36 и 37 и катодную группу 38 и 39 распределительных тиристоров, подсоединенные к общей точке 40 соединения зарядных тиристоров 26 и 27 и к выводам постоянного тока однофазных мостов главных тиристоров 3 — 6 и 7 — 10. Выпрямительно-инверторный преобразователь работает в выпрямительном режиме следующим образом. 10 В исходном состоянии конденсатор 20 заряжен до амплитуды питающего напряжения Ui < (фиг. 3) г1редположик<, первоначально приводили тск тиристоры 4, 6 и 7,9, образовывая буферный контур для протекания токов 1<2, 1<з нагрузок 12 и 13. В момент времени ti включаются тиристоры 3 и 10. На интервале времени ti t осуществляется естественная коммутация тиристоров 4 и 9, в процессе которой о токи нагрузок 12 и 13 под действием напря ке20 ния Vii (полярность Uii показана на фиг. 1 и 2 стрелкой) перетекают из коммутируемых тиристоров во вторичную обмотку 11, и замыкаются по цепям: 12, 6, 11, 3, 12 и 13, 10, 11, 7, 13. В момент времени 1:< начинается первый этап гашения сетевого тока включением запираемых тиристоров 21 и 22. На интервале времени 1<...t4 под действием напряжения Uq 45 интервале 14.. tg осуществляется второч этап гашения сетевого тока, при котором ток спадает к нулю под дейсгвием на.;ряжения конденсатора 20, частично заряжая его. Выпрямительно-инверторный преобразователь в инверторном режиме работает 50 следующим образом. Первоначально, под действием ЭДС тяговых дви ателей 15, работающих в i еиераторном режиме, токи нагрузки 12 и 13 замыкаются в буферных контурах по цепям тиристоров 4, 6 и 7, 9. В момент вре55 мени t6 (фиг. 4) включаются запираемые тиристоры 21 и 22. Начинается первый этап принудительной коммутации нарастания сетевого тока, в процессе которого 162389 я на интервале времени t„...t-, под деиствие11 напряжения с <, ток HO тlfpHcTopOB 6 и вытесняется в цепь обмотки 11 и ло!денсатора 20, частично разряжа i: го по цепи: 11, 4, 12, 21, 20, 22, 13, 9, 11. Ь чомент времени t; тиристоры 6 и 7 ирину дительно запираются под действ>ям Обратного напряжения, равного разин>!е (jJ<) — ()>!). Запираемые тиристоры 21 и ?2 по сигналу блока управления выключаются, а тиристоры 5 и 8 — — включаются. Час гь суммы токов нагрузок 12, 13, превь >I!310!щая текущее значение сетевого тока в момент t;, замыкается по цепям: 2, 4, 18, 20, 17, 4, 12 и 13, 9, 8. 20, 7.8, !2>. частично >3 ря)3<.>я кондс li(31< >< 2terr! напр жения 1 ., Конд«нc31<>l>3 2(, «06» отке 11 увеличивается Tr>K е>0 ьс-:.и. 20 1»;, 1!, 7, 20. В мо ент <>3 гок I;, до«ТHI û«г I!0 неличине суммы 1 . ков 1>.;1 1 3. которые замыкаются к цепям: 12, 5, (1, -(, )2 и 13,!!, 11, 8, !3. Далее на интерв33å (<>...ti; прои«ходит процесс естественной h0мму.ации Tliристоров 4 и 9 3 пер«по;1 токов ! ч 1>,. из обмотки 1! в це;>ь буфер><ых контур >ч, образованных тиристорами 4, 5 8, !О. ВО ВторОМ ПОЛ уПЕр И(>д(. Н ИT <> Из приведенного вын!с (>пи«3> ия < л.дуЕт, ЧтО На ПЕРВОМ Этан< ГЗШ< Н»Ч СЕтевого тока в выпрямитсльном ре;киче и I! Изменяя фазовое по.-., ж и> е имнуль,OB включения тирист >р >н одн;)< .>;«!3ât!0!о моста (3, 4) независи40 От тиристор >н друг<и моста (9, !0) с и>чошьн> блок;I упр lнления, можно осущ«<.твить инд><нн (у;.льн<>с регулирование тягов>(х лн).3 е сй !5 обеих нагрузок !2 и 13 Общий дзух1>>лгныЙ уз< л Иг. 2< I j>>I!I<дительной ко;<чу<анин (УП(.. ) работает сл<дующим о(>разоч. Ilk)k его рабо(е f енер.ip,, >1с я коччутирующие импульсы тока, кс;торы«и <>ользуеогс Н для ком мчт ацHH THpli(><»,.!3 .>1 H 22. При этом г;<авные тиристоры 5, 6 и 7 8 т3h ке оке>з(!13>>н>тся !>Од ьч><, илнис ч >.л>х,, 3(>ун>щих импуль<. он TQKd, чз О !Оз в<>ля«," ирину дительно вык !ючать главные тиристоры, н« дожидаясь он )нчатсльного с нди к k!óëki> т<>ка тип«3«r!>J><. !« I >< Hс1 ии< хl I >! Ii!):.! е «Iir >i h(>II <„ дЕН(3T:1(3, rÄtitp«Mep, При Н«ОбХОдИЧ< Л и у мсllf <" ения времени вывода энс-(. Ни hOMWt тани>! и конд«Hc ат< ра 20 Р: г< ту узла 23 р,> 3«ч<>трич н;3 ll >H >1 !>(П;)<)ц< < С,) It()H>t>rд>3 r (ЛЬНО! О НЫКЛН 1О 29 бь,.! 33ряж(>rr с 3>олярнО(Гьн), !I(>h33:III><ОЙ <3 фИГ . OT фИ:>ЬТРОЕ30><)! :)Н.l(. Н«dT0j 2 ) to цепи тири«торов 25 и 26 f5 мом< ит времени (ч включается коммутиру iollIHH тиристор 24 и распр(сел>3 ельный тири:>ор 38. Под действис ч н kftpH)Ke15,,,,,,> ни;i KOм»(утируюп!«ГО конденсатора 9 ток Гирисз р3 2! и тчристора 6 вытесня(г.я Л<.х>мутируюK)liiHH KOI 2р ли >и < л раин >й c) мчс токов i, -t-I„ 1с(в:Iii(чпсмс ни t tt и )бь>т«itt t!t TOK коч му Гируl(rill(г;> кон гура зачыл;<с i< я ll<) цсни. 4,:11, ".< I (ри Ii)r I< Л,IHII I< л:> "< р(ll«()Е)Ичн IО 06MOI Ку с>0»3"!х Гkt(» н Нс(I(> тр<1н ф" рх!31()p3 14 и;3 с г< н10; н >и ()l> мо: „" 35 наводи) ся )Д<, I!<>1 л< и l l3!3(M <. )Го!OH !>ро< л:l«I T(>h нтск(>ич:<ои ><Г»><>! Ли, 3d<1blh.:>Я< > I><> цепи: 3:), 3, >f), 3(!, »: ()1 >l<)< HTE3ÜH0 и(богll Iil<>33 TOK нторич НОЙ 06»10<30 <>ракти <вски, Ii«оказывает влияния и;3 !3(ли(ла даюп!ГГО большс и емко«l ьн> Г;>кич с>бран<>м, 3 t,j)i MH <>рот«канин избытс>чног0 к;>л«6;< 1 t i bl3(>r <>К(! КО<>дс>н«31<>ра 20 (хоэффицис нт тра>>«ф >р 1;I ч !.и K<>vf rrt тир>> н>i!i(ÃO тра нсфо(> м.l l Op!3 н »>6 ><р >н>Т Т3КНМ, чтобы 3MI1.1иту Еа ftj)HM(>>, Г(>.It>I i (, ЕЗ > Ч М П У .1 Ь Г 3 H 3 П Р Я Ж Р I! ki Я, Н 3 H 0 1 И ",1 О I (> I r . IIt J>!>И:I!i <>31 <>r>><ÎÒh(, )4, << rr Т<3 Н H.;i II< !,>>3,<лil 40 60 В. Указанный и,<пх lb(IIHIIpH>K(IIIH прикл;3,(ывается в обратноч H3!lp >нл«нии к тири 1(>рач 6 и 21, c (> сн> T!3,H «<н«ã 3 И<>>3, > !ill< il«r« II! J>;!К>ll!Il . «It,И< н <, I н! > ">! H нс:и> >ь>н.;>н>и!<с и 3< и< рг!«» нрсчя ><ык.lh)I!0<3ï;.неk)ill(H fH Ilp(>ll««t < луч»1 3Ii K0rl 3< >3«!< r r)i 9 II(р«.33(H>h ".< С Я if
:1:)л .-::!!>>to !I(IHpHOcTt> 1> рс жичс;Ол >сi(>lr> < и < Î i i!I>«0() >! Чона! r .1H lr> >dPH i hr>M 1 > >I!»>I<> >0 ill(г >: Онд«I!r d1<» 3 0«l НЕ«стн,>Я«1 Я «Т «3>И.>>,— TР0>3«») КОН !ЕН( 24 и ir,),; л(«, н0 í-<>ром нолуп (rrl<> it ПР<)ЦС>.< ° 3 КОМ»1 Г 55 с.>нн .,!. <3> t,п< !хтсм нк.>н) «>3«.! кс>ч.;;»; >II>t ><> IIi(г(> < и; и«т<>П;3 25 и ра< >!р(!(, и >с. It>l!01 > 3 )<<О,> ><1 Т И (I > K) I!lit(. ИХ> П > . > С Ы <>Л<3 <1<>>I> rl< > à i Ë лл< P:I(If,>«1«. I HTb !I(P(> 1 1 1623893 Ф<>»,>рете><(0)(Г 14, 1/2 < ! 1а 1 ((>)1, I l „ в >< Я(> l> к 4П < 1 ñ Тле С.., /770/»<г/ (главные тиристоры 3, 4 и 9, 10. Процесс и ринудительног<> выклк>чения тири«торов 3. 4 <1, 10 в этом случае протекает аналогll>ltl() описанному вышс (IpH 3!Ом чн(ота коммутации увеличивается в 2 раза. Из приведенного описания работы выпрямит«}яьно-инв.-рторно! 0 преобразователя в обоих режимах работы видно, что в процессе принудитечьного гашения сетевого тока в вы прям ительном режиме и принудительного нарастания тока в инверт рном p - .(1 жиме фильтровой конденсатор 20 с<>храни(г »днополярное напряжение, содер кт,! которог<> не превышает величи»н> выприм1 э . tll10I о гока одной из дву» и;t l р< 1< ° В результате более .чучшего испо:. 70вании КОНДЕ»«атоРа В Ч:1«ò»0«ò», И(КЧК>не;!ИИ "<. }с рер; .}ряда н теч »H(полупериода сетевой > t T<)! ы, «ни!( 2>(l и, ири Тпр;!» 21. 22. 2(3 j. ) i j ) >» l1 l < > 1 1 <»1»l 1) - f;:;, < г ам!!литуды .. »таю!цего напри}к(11» >1 мо«< tl<> I »кж> с»>}жа > ь ка! I <> < 1>» (а>10М Ко»ДЕ}\«<17 Oj>(, l >К И < > 1М 1Р!1ЫС > ) I > PH Н (и. l()Bt)l» ffj)tl(><)j>«?,. 1 Вы!!рямитсс!ь}!о-инве(>торный п(>собр» <)Bdт >fb эле},гро.,):,вижтн>г0 состава, одср.кап!ий !10 крайней мере три вен Ihti(I» 0)l »()фBЗI ЫХ Мо<. >.1, }Bd ИХ КОТО(>ЫХ 0>IIIИ >1И чиагоналими под>к.!юче}:,ы к вторич};Ой об}иот 8 ке тягового трансформатора, а другими к соответствующим тяговым двигателям, от>!ичающий ся тем, что, с целью повышения КПД,он снабжен соединенными последовательно прерывателями и фильтровым конденсатором, последний из которых B}.лючен в одну из диагоналей выполненно 0 на диодах третьего моста, другая диаго»аль которого соединена с вторично. .>бМотКОй тяГОВОГО траиефОрМатора, Прн>ч, М ".:;;,:и к. выво.>ов прер) (вателей со<. 1инены . ют .В>с TBe«ио c .,»G>fl; >и (уппо,t в(-! илей ! pB01(> и катод»он г!.уп! ой B-0>(.-о мостов. > 1 1 p(<>() >а 30}Зато > g Г> > >! (>т iц>((тющийгя тем, что l>j, (ыва! .и вылолне};ь> на >ирис. орах с <>бшим у л,> } коммутации, котор!>Й Ht)pBh >H, BT»",«ми ч третьи!ии выводами !10 }ключе < ?<,гнет«твенно к однои диагонали третьег<. и другим диагона.(пм II«t B0ã0 и втор
}1клк>пены соотвс гст}}снно коммутирующая !!«!!ь и> с<7<-диненных посл донате>!ьно реак-орн и конденсагора и одна из обмоток .»1) >3 7 и(>у ю}>!(10 тра»сформатора, другая >бмо)ка которого >!< д тючена к 0>}ним из }>ь»30;}ов ком!.:,у-,ирук >пей цепи и одной из обм >ток комм ., ирую}пего трансформатора, и ра< lip(,, лит ельных тиристор >В, подключен-! tt)I)! ОД>!ИГ l) ИЗ ВЫВотов К ОДНОМУ ИЗ B})Iи >дон к» у.и>,ю!цей цепи, причем другие :,>t BI 0 i Id.1И 7 ри<.торно 0 И дИОдН ОГО Мос ГОВ и -:ик>т«; <,с(>!.н>ми выводами, а другие ! !3 ды р««пределительных ТНра«Торое »<0(ым.! >! третьими вы};,>дами общего уз.. а t< <. »f.è > 1;>!}ии. I623893 4,9 З,1О 6.7 5, 21,22 1ИВ 16,1 юг. 3 Фиг.4 1623893 f1 t If (If(If(I (>(« t i(,; н«ии(((t (>«(it (« t i ин и i >г>р> t« tttt>(«t и (>, лр(((нич ири (f«II I !« I I i, ft t 1 >, М (и t . tt ;t, Ж . 1 5 . () н « tt ((л ((>t н и (), (-(> If((i,è ií (>и;(((((«()«н«н и, лий л()) f»ttt («(lt) t t ttã.". t. «+ ((>р(>д, «н 1;(г (рин (. ((н)лг()f) М 1(>н(ин :1,(ли ., ((. 1 Фиг. 5 (н (и и ) () (11 («(l, (р и t Г(«рнг Л f«f) tlt(l«л I«(>f)f)cKI((fl .) 11(>р«чнр 1 (i;iw 11() tttttct«>«
