Вспомогательный преобразователь для железной дороги



Вспомогательный преобразователь для железной дороги
Вспомогательный преобразователь для железной дороги
Вспомогательный преобразователь для железной дороги
Вспомогательный преобразователь для железной дороги
Вспомогательный преобразователь для железной дороги
Вспомогательный преобразователь для железной дороги

 


Владельцы патента RU 2494883:

Закрытое акционерное общество "Электро СИ" (RU)

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании источников питания для транспорта. Вспомогательный преобразователь содержит зарядный и главный контакторы, зарядный резистор. В силовую часть входят повышающая ступень, резонансный преобразователь с трансформатором, выходной выпрямитель с конденсатором на его выходе и инверторы, подключенные к потребителям. Система управления содержит два контроллера (Master и Slave), каждый из которых построен на основе цифрового сигнального процессора. Контроллеры обеспечивают прием и отправку сообщений в систему верхнего уровня, обеспечивают правильное функционирование обоих ступеней силовой части, запуск вспомогательного преобразователя и его выключение. Технический результат заключается в упрощении структуры преобразователя и повышении надежности при его запуске. 6 ил.

 

Устройство относится к области преобразовательной техники, в частности к устройствам, устанавливаемых на электровозах и обеспечивающих электроэнергией управляемые асинхронные двигатели, а так же работу других потребителей.

Входным напряжением вспомогательного преобразователя (ВП) является высоковольтное напряжение постоянного тока, в частности, поступающее в диапазоне 2,2…4,0 кВ.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по техническому решению являются преобразователи, описание которых приводится в [1, 2]. В них даны описания преобразователей, входная часть которых построена на основе нескольких модулей по принципу многофазного устройства. Недостатками такого построения ВП являются большая сложность, высокая стоимость и низкая надежность.

В предлагаемой заявке, по мнению авторов, имеются следующие существенные признаки изобретения:

1. ВП выполнен двухступенчатым, входная ступень построена по повышающей схеме с двумя высоковольтными ключами и двумя высоковольтными диодами, а вторая ступень (DC-DC преобразователь) выполнена на основе полумостового резонансного преобразователя с использованием высоковольтных транзисторов, что позволило значительно уменьшить общее число применяемых приборов и, следовательно, повысить надежность, улучшить эксплуатационные показатели и снизить стоимость изделия.

2. Для улучшения работы ВП используется запуск по специальному алгоритму, позволяющему снизить токовую нагрузку на ключи и мощность в них как в повышающей ступени, так и в DC-DC преобразователе.

3. Повышающий преобразователь (первая ступень) работает без перекрытия ключей, то есть при работе схемы нет интервала времени, когда проводят ток два транзистора одновременно. Такой режим не допускает повышенного напряжения как на ключах повышающей ступени, так и DC-DC преобразователя.

В предлагаемой заявке ВП своим входом подключается к сети постоянного напряжения 2200…4000 В 1 (фиг.1). Входное напряжение через зарядный резистор (Rз) 2 и замкнутый контакт 3 зарядного контактора (ЗК) 4 поступает на силовую часть ВП. После заряда конденсаторов большой емкости, находящихся в первой ступени силовой части, замыкается контакт 5 главного контактора (ГК) 6 и начинается процесс запуска.

Силовая часть ВП содержит повышающую ступень (ПС) 7, DC-DC преобразователь 8 и инверторы 9, 10, 11, обеспечивающие работу систем управления, контроля и освещения (И1) 9, а так же работу синхронных двигателей локомотива (И2, И3) 10, 11. Число инверторов может изменяться в зависимости от требований, предъявляемых к локомотиву.

ВП содержит блок вспомогательных напряжений (БВН) 12, работающий от источника 110 B 13 и обеспечивающий требуемыми номиналами напряжений отдельные устройства и всю систему управления 14.

Силовая часть ВП без инверторов И1, И2 и И3 показана на фиг.2. ПС с целью повышения частоты работы дросселя (L) 15, состоит из ключей 16, 17, диодов 18, 19 и двух конденсаторов большой емкости 20, 21. ПС обеспечивает работу ключей и диодов с напряжением на запертом приборе вдвое меньшем, чем напряжение на ее выходе Uпс. Поэтому появляется возможность применить ключи и диоды с лучшими частотными свойствами и меньшими падениями напряжения в открытом состоянии, что позволит получить более высокий КПД всего устройства. К повышающей ступени ВП подключен DC-DC преобразователь, состоящий из ключей 22, 23, трансформатора 24 с первичной обмоткой 25, вторичной 26, выпрямительным мостом 27, подключенным ко вторичной обмотке, и конденсатором 28, включенным последовательно с первичной обмоткой трансформатора. Последовательно включенные конденсатор 28 и первичная обмотка 25 подключаются к средней точке конденсаторов 20, 21 и точке соединения силовых выводов ключей 22, 23. К выходу выпрямительного моста 27 подключены параллельно конденсатор большой емкости 29 и датчик напряжения ДН 30. Выходное напряжение DC-DC преобразователя получаемое на конденсаторе 29, поступает на силовые входы инверторов и образует напряжение промежуточной шины вспомогательного преобразователя (Uпр).

Система управления показана на фиг.3. Ее основу составляют два контроллера Slave31 и Master32, выполненные на основе цифровых сигнальных процессоров TMS320F808. Контроллер Master обеспечивает мониторинг всей системы и получает информацию от системы управления объектом взаимодействия с контроллером Slave. В свою очередь контроллер Slave воспринимает сигналы управления и защиты от датчиков напряжения, тока и температуры, обеспечивает ШИМ-сигналы к драйверам 33, обеспечивая управление ключами повышающей ступени и DC-DC преобразователя. Алгоритмы поступления ШИМ-сигналов к драйверам 33, включения и отключения ВП формируются в контроллере Slave31.

ВП работает следующим образом. После подачи команды на включение конденсаторов 20, 21 фиг.2, входящих в состав повышающей ступени, включается главный контактор ГК 6, а зарядный контактор отключается. Продолжается процесс запуска ВП по алгоритму, который будет рассмотрен позже. После окончания запуска ключи 16, 17 повышающей ступени работают в режиме ШИМ без перекрытия, поддерживая напряжение Uпс на уровне несколько большем, чем максимальное напряжение входной сети Uвх.max. Регулировочная характеристика ПС в режиме без перекрытия определяется выражением:

U П С = 2 U В Х 2 D ,

где Uвх - изменяющееся по уровню напряжение постоянного тока входной сети; D - коэффициент заполнения импульсов ключа 16 или 17 повышающей ступени, под которым понимается отношение длительности включенного состояния ключа к половине периода его работы. Коэффициент D может изменяться от 0 до 1, при этом напряжение Uпс (сумма напряжений на конденсаторах 20, 21 повышающей ступени) изменяется от Uвх до 2 Uвх. Изменением коэффициента D напряжение Uпс поддерживается цепью обратной связи приблизительно постоянным на уровне несколько большем, чем Uвх.max. При входном напряжении Uвх.min напряжение Uпс почти равно удвоенному Uвx.min. Режим без перекрытия ключей 16, 17 повышающей ступени используется с целью не допустить повышенного напряжения Uпс, что могло бы вызвать выход из строя транзисторов повышающей ступени и DC-DC преобразователя.

Ключи DC-DC преобразователя после запуска работают поочередно с постоянным коэффициентом заполнения D, причем длительность включенного состояния каждого ключа tИ (22, 23) значительно меньше половины периода переключения (фиг.4). Большая длительность паузы tП необходима для гарантированного запирания обоих ключей DC-DC преобразователя, поскольку высоковольтные IGBT транзисторы рабочим напряжением несколько киловольт имеют затянутый спад тока при выключении и одновременное открытие двух ключей DC-DC преобразователя недопустимо.

Ключи 22 и 23 DC-DC преобразователя работают в режиме синусоидального резонансного тока, что обеспечивает минимальные потери в каждом ключе как при отпирании, так и при его запирании. Переключение транзистора происходит при нулевом токе коллектора, что можно видеть из фиг.5.

Для создания резонансного тока в ключе DC-DC преобразователя используется конденсатор 28 (фиг.5) и индуктивность рассеивания трансформатора 24, приведенная к его первичной обмотке 25. Частота резонансного процесса fP определяется из соотношения:

f P = 1 2 π L p C 28 ,

где

Lp - суммарная индуктивность рассеивания трансформатора и индуктивность дополнительного дросселя;

C28 - емкость конденсатора 28;

fp=1/Тр, Тр - период резонансного процесса.

Напряжения на всех обмотках трансформатора 24 имеют прямоугольную импульсную форму без пауз (меандр), а после выпрямления и сглаживания пульсаций конденсатором 29 напряжение постоянного тока Uпр на выходе DC-DC преобразователя поступает на силовые входы инверторов 9, 10, 11 (фиг.1).

Процесс запуска вспомогательного преобразователя с целью защиты IGBT модулей повышающей ступени и DC-DC преобразователя проходит в несколько ступеней по специально разработанному алгоритму. После замыкания силового контакта 5 главного контактора 6 (фиг.1) напряжение Uпс на конденсаторах 20, 21 равно Uвх, а конденсатор 29 (фиг.2) полностью разряжен. По команде от контроллера Master после процесса инициализации устройств контроллера Slave начинают с нуля и с определенной скоростью изменения D (коэффициента заполнения) поступать управляющие импульсы на затворы IGBT модулей DC-DC преобразователя. Происходит заряд конденсатора 29 (фиг.2), при этом режим работы ключей DC-DC преобразователя не резонансный и в них имеются потери на переключение. Скорость изменения D выбирается такой, что бы на первом этапе ток в ключах и мощности, рассеиваемые в них, не превышали определенных безопасных значений. Напряжение на выходе DC-DC преобразователя (напряжение на конденсаторе 29) контролируется датчиком напряжения ДН 30 (фиг.2) и в течение определенного времени (несколько секунд) должно достигнуть определенного уровня (Uпр.ст.). Если напряжение Uпр.ст. не достигнуто, процесс запуска прекращается и контроллер Master посылает сообщение о возникшей неисправности. В случае успешного окончания первого этапа ключи DC-DC преобразователя выключаются, при этом все ключи вспомогательного преобразователя выключены и напряжение на конденсаторе 29 не изменяется. Указанная пауза в работе всех ключей является вторым этапом процесса запуска. На следующем этапе происходит с нуля расширение длительности управляющих импульсов на затворах повышающей ступени и одновременно расширение импульсов на затворах транзисторов DC-DC преобразователя, причем скорость изменения коэффициента заполнения D DC-DC преобразователя выше, чем на первом этапе. Кроме того, скорость изменения коэффициента D управляющих импульсов повышающей ступени на данном этапе обратно пропорционально входному напряжению. Это делается для повышения надежности работы ключей во время запуска, снижения в них мощности и токов.

При достижении напряжения на промежуточной шине (Uпр) равного 0,9 от номинального значения, в процессоре Slave подключается цепь обратной связи и напряжение Uпр начинает стабилизироваться. Временная диаграмма изменения параметров во время запуска показана на фиг.6. После окончания процесса запуска происходит подключение инверторов к нагрузке в соответствии с режимом работы локомотива.

Библиография

1. Патент RU (11)2282933(13) C2 МПК H02M 33/335 Высоковольтный преобразователь напряжения для пассажирских вагонов. Авторы: Ройтман Александр Соломонович (RU); Яцук Владимир Григорьевич (RU). Патентообладатель: Ройтман Александр Соломонович (RU); Яцук Владимир Григорьевич (RU).

2. Скороход Ю.Ю. "Сравнительный анализ потерь мощности в высоковольтных статических преобразователях", Электронный научный журнал "Исследовано в России", стр.1451-1460, http://zhurnal.ape.relam.ru/articles/2007/132.pdf.

Двухступенчатый вспомогательный преобразователь для железной дороги (ВП), силовая часть которого состоит из повышающей ступени (ПС), DC-DC преобразователя и инверторов, содержащий, кроме того, блок вспомогательных напряжений и систему управления, отличающийся тем, что, с целью значительного уменьшения общего числа примененных полупроводниковых приборов, повышения надежности, улучшения эксплуатационных показателей и снижения стоимости изделия, входная ступень построена по повышающей схеме с двумя высоковольтными ключами и двумя высоковольтными диодами, а вторая ступень (DC-DC преобразователь) выполнена на основе полумостового резонансного преобразователя с использованием высоковольтных транзисторов, повышающая ступень работает без перекрытия ключей в режиме, не допускающем повышенного напряжения на всех ключах ВП, используется запуск по специальному алгоритму, позволяющему снизить токовую нагрузку и мощность, рассеиваемую на всех ключах ВП.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для электропитания троллейбусов, электромобилей, трамваев, электротракторов, электровозов. .

Изобретение относится к средствам передачи электрической энергии на транспортное средство, в частности на рельсовое транспортное средство. .

Изобретение относится к электротехнике, к передаче электрической энергии. .

Изобретение относится к области электрифицированного железнодорожного транспорта. .

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в системах контроля температуры и влажности тяговых электрических машин в процессе эксплуатации.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и направлено на усовершенствование тягового привода электроподвижного состава с двигателями постоянного тока.

Изобретение относится к области электрического транспорта, в частности к самодвижущимся электрифицированным транспортным средствам, питающимся от централизованной электросети или автономного стационарного источника электроэнергии с использованием бесконтактных резонансных систем передачи электроэнергии.

Изобретение относится к области транспорта, в частности, к средствам бесконтактного электроснабжения электротранспортных средств. .

Изобретение относится к электрическому транспорту и может быть использовано для бесконтактного питания электрической энергией электромобилей, троллейбусов, трамваев, электропогрузчиков, электротракторов, подъемных электрокранов и других электротранспортных средств. Электрическую энергию сети преобразуют путем повышения по частоте и напряжению, создают резонанс колебаний тока и напряжения в передающей питающей системе на собственной резонансной частоте электрической цепи электротранспортного средства. Электрическую энергию подают в резонансном режиме по изолированному высокочастотному фидеру в передающую обмотку (9), расположенную в дорожном покрытии и выполненную в виде плоской прямоугольной однослойной обмотки из изолированного провода. Первую и вторую приемные обмотки (14) и (21) располагают на электротранспортном средстве и выполняют в виде спиральных катушек, размещаемых по окружности двух резиновых колес. Третью прямоугольную приемную обмотку (24) крепят к днищу кузова транспортного средства и располагают параллельно полотну дороги. Электромагнитную энергию от приемных обмоток подают через выпрямитель в накопитель электрической энергии, в котором преобразуют электроэнергию в электрическую энергию постоянного или переменного тока и подают на силовой блок (29) питания и управления электротранспортным средством, для питания приводных электродвигателей (30). Тяговые электродвигатели расположены непосредственно в колесах в виде мотор-колеса или на шасси электротранспортного средства. Технический результат заключается в обеспечении высокой надежности и электробезопасности и повышении КПД. 1 ил.

Изобретение относится к автомобильной транспортной энергетической системе с принципом периодической зарядки и разрядки. Автомобильная транспортная энергетическая система содержит автомобильную электрическую дорогу, станции зарядки и разрядки электромобилей, транспортное средство. Станции зарядки и разрядки состоят из блока управления и контроля, электрического трансформатора, подземного электрического кабеля питания, шины подачи положительного заряда, шины подачи отрицательного заряда, аварийного генератора. Станции зарядки расположены на подъемах. Станции разрядки расположены на спусках. Транспортное средство является активным элементом. Транспортное средство содержит автомобильную колесную базу, электродвигатели, батареи, энергогенерирующий механизм, систему рекуперации, систему временного хранения и правильного распределения энергии. На днище транспортного средства располагается штанга подачи электрического тока с подъемно-спусковым механизмом. Зарядка и разрядка производится во время движения. Технический результат заключается в увеличении запаса хода электромобиля. 3 ил.

Изобретение относится к области автомобилестроения, в частности к устройствам для удержания кабелей и шлангов между модулями составного транспортного средства, соединяемых между собой посредством устройств, например, седельно-сцепного устройства, и может быть использовано для удержания соединительных кабелей и шлангов, провисающих между тягачом либо подкатной тележкой и полуприцепом. Заявляемое устройство содержит держатель, установленный в направляющие и взаимодействующий с ними посредством запорных механизмов, каждый из которых выполнен в виде затвора и ответной части, и тел качения. Предлагаемое изобретение позволяет повысить быстросъемность и уменьшить трудоемкость снятия и установки кабелей и шлангов при сцепке-расцепке модулей составных транспортных средств, а также повысить надежность его работы. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Устройство диагностики тяговой сети постоянного тока предназначено для диагностирования состояния и измерения сопротивления потерь электроэнергии в элементах тяговой сети трамвая, троллейбуса, метро. Устройство содержит два блока диагностики: один размещен на тяговой подстанции, другой - на подвижном электротранспорте-лаборатории. Блоки связаны между собою линией связи, использующей метод наложения информации на силовую цепь питания с помощью модемов. Блок на подстанции содержит измеритель потенциалов шин, модем, блок в подвижной лаборатории содержит процессор, модем, модулятор, измерители сопротивления, тока, потенциалов, навигатор и связан через преобразователь интерфейса с внешним компьютером. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Устройство для компенсации реактивной мощности электроподвижного состава относится к электротехнике и предназначено для повышения коэффициента мощности потребителей, в частности электроподвижного состава переменного тока с зонно-фазовым регулированием напряжения. Технический результат заключается в повышении коэффициента мощности электровоза км за счет максимально полной компенсации реактивной мощности путем одновременного изменения амплитуды и фазы выходного напряжения инвертора при формировании напряжения на конденсаторе компенсатора. Устройство для компенсации реактивной мощности электроподвижного состава содержит многообмоточный трансформатор напряжения, связанный с нагрузкой, компенсатор, блок синхронизирующих импульсов, три датчика тока, два датчика напряжения, выпрямитель, инвертор и блок управления инвертором. Компенсатор представляет собой LC-цепь с фиксированными параметрами индуктивности и емкости, рассчитанными на работу электровоза в номинальном режиме, нагрузка представляет собой последовательно соединенные выпрямительно-инверторный преобразователь и двигатель. LC-цепь подключена параллельно трансформатору напряжения, который через первый датчик тока соединен с сетью. Выход первого датчика тока соединен с первым входом блока управления инвертором. Вход первого датчика напряжения соединен параллельно сети, а его выход через блок синхронизирующих импульсов подключен ко второму входу блока управления инвертором. Компенсатор через инвертор подключен к первой и второй секциям вторичной обмотки трансформатора напряжения, которые через выпрямитель соединены с входом постоянного напряжения инвертора. Вход второго датчика напряжения подключен параллельно выпрямителю, а его выход подключен к третьему входу блока управления инвертором. Второй датчик тока подключен последовательно в LC-цепь компенсатора, а его выход соединен с четвертым входом блока управления инвертором. Третий датчик тока подключен последовательно в цепь двигателя, а его выход соединен с пятым входом блока управления инвертором. Выход первого датчика напряжения подсоединен с шестым входом блока управления инвертором. Первый выход блока управления инвертором подключен к входу управления амплитудой выходного напряжения инвертора, а второй выход - к входу управления фазой выходного напряжения инвертора. 1 ил.

Тяговая цепь (10) для транспортного средства содержит электрический двигатель (12), содержащий вал (22), статор (24) и ротор (26); систему (14) питания, имеющую коэффициент модуляции (Tmod), равный амплитуде напряжения каждой фазы двигателя, поделенной на входное постоянное напряжение (UDС); и датчик (20) сигнала скорости вращения (Vrotor) ротора. Тяговая цепь (10) содержит средства изменения коэффициента модуляции, выполненные с возможностью понижения коэффициента модуляции по сравнению с коэффициентом модуляции в отсутствие средств изменения коэффициента модуляции, когда скорость вращения (Vrotor) ротора принадлежит к первому интервалу значений, меньшему заранее определенного переходного значения, и с возможностью повышения коэффициента модуляции по сравнению с коэффициентом модуляции в отсутствие средств изменения коэффициента модуляции, когда скорость вращения (Vrotor) ротора принадлежит ко второму интервалу значений, превышающему заранее определенное переходное значение. Технический результат заключается в сокращении гармонических потерь в роторе. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к устройству энергообеспечения для рельсовых транспортных средств. Устройство имеет первый электрический контактный вывод (10) для подключения устройства к электрической сети энергообеспечения и второй электрический контактный вывод (21, 22) для подключения устройства к промежуточному контуру (ZK) постоянного напряжения. Выпрямительное устройство (M1, М2, М3, М4) для эксплуатации рельсового транспортного средства с сетью переменного напряжения через первый фильтр (2) соединено с первым контактным выводом (1) и имеет модуль (М), в котором первый выпрямитель (15) через инвертор (16) и трансформатор (17) соединен со вторым выпрямителем (18). Первый выпрямитель (15) на своей стороне переменного напряжения через первый фильтр (2) соединен с первым контактным выводом. Второй выпрямитель (18) на стороне постоянного напряжения соединен со вторым электрическим контактным выводом (21, 22). В случае нескольких модулей (М) контактные выводы (19, 20) переменного напряжения первых выпрямителей (15) включены последовательно, а контактные выводы (21, 22) постоянного напряжения вторых выпрямителей включены параллельно. Электрическое соединение (5) для эксплуатации рельсового транспортного средства с сетью постоянного напряжения имеет второй фильтр (3) и соединяет первый электрический контактный вывод (1) со вторым электрическим контактным выводом (21). Управляющее устройство (37) для управления работой первых выпрямителей (15) выполнено так, чтобы вырабатывать переменное напряжение, которое компенсирует переменный электрический ток, который является мешающим током. Технический результат заключается в возможности эксплуатации устройства с сетями постоянного и переменного тока. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к токоприемникам. Автоматический токоприемник для передачи электроэнергии от воздушной линии энергоснабжения на гибридные грузовые автомобили содержит бортовой компьютер в кабине автомобиля и лазерный локатор для измерения расстояний между проводами и контактными шинами токоприемника. Токоприемник также содержит пару вертикальных гидроцилиндров с датчиком давления, установленных сзади кабины водителя, горизонтальную направляющую с отражателем, закрепленную на штоках гидроцилиндров с возможностью вертикального перемещения и установленную перпендикулярно продольной оси автомобиля. На направляющей с возможностью перемещения установлена каретка с двигателем, контактными шинами для подключения к линии энергоснабжения и лазерным локатором. Достигается автоматическое подключение токоприемника к линии энергоснабжения. 1 ил.

Настоящее изобретение касается электрической машины, рельсового транспортного средства и рельсового подвижного состава. Технический результат - предотвращение как подшипниковых токов, так и обратных тяговых токов. Электрическая машина имеет основную часть, в которой расположен статор электрической машины. Электрическая машина имеет также вал ротора, который установлен с возможностью вращения посредством подшипников в основной части. Электрическая машина имеет элемент токоприемника, который механически без возможности вращения соединен с основной частью и который снимает возникающее в валу ротора напряжение. При этом элемент токоприемника электрически соединен с основной частью через омический резистор. Омический резистор выполнен в виде терморезистора с положительным температурным коэффициентом, причём значение (R) сопротивления омического резистора лежит между 10 мОм и 10 Ом. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Группа изобретений относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Коммутационное устройство содержит переключательный блок (28), который выполнен с возможностью соединения или разъединения приводного блока (14) транспортного средства с находящейся под высоким напряжением линии (20) электроснабжения. Переключательный блок (28) содержит два переключательных контакта (30, 32), приводной блок (36), выполненный с возможностью обеспечения относительного движения переключательных контактов (30, 32) друг к другу. Переключательный блока (28) и приводной блок (36) размещены в блоке (62) корпуса. При этом блок (62) корпуса содержит опору (48) для опоры переключательного блока (28). Переключательный блок (28) расположен относительно опоры (48) в лежачем положении на ней. Вторым объектом является транспортное средство, которое содержит данное коммутационное устройство. Технический результат заключается в повышении компактности конструкции. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх