Способ повышения энергетических показателей электровозов переменного тока с вип на igbt транзисторах (модулях) по критерию потребления максимально активной мощности


 

H02P27/06 - Управление или регулирование электрических двигателей, генераторов, электромашинных преобразователей; управление трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками (конструкции пусковых аппаратов, тормозов или других управляющих устройств см. в соответствующих подклассах, например механические тормоза F16D, механические регуляторы скорости G05D; переменные резисторы H01C; пусковые переключатели H01H; системы для регулирования электрических или магнитных переменных величин с использованием трансформаторов, реакторов или дроссельных катушек G05F; устройства, конструктивно связанные с электрическими двигателями, генераторами, электромашинными преобразователями, трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками, см. в соответствующих подклассах, например H01F,H02K; соединение или управление

Владельцы патента RU 2557006:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский госдарственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС) (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока. Техническим результатом является максимально эффективное использование электромагнитной энергии, накопленной в цепи выпрямленного тока, для питания тяговых электродвигателей. При зонно-фазовом управлении выпрямительно-инверторным преобразователем, силовая схема которого основана на использовании IGBT транзисторов (модулей) в качестве управляемых силовых ключей, плечи, обеспечивающие работу нерегулируемой обмотки тягового трансформатора, включаются каждый полупериод напряжения в момент ωt=0 эл. град. Их выключение производится в момент, когда ωt=140-150 эл. град., что совпадает со временем выключения регулируемой обмотки тягового трансформатора. За счет такого управления обеспечивается максимальная компенсация индуктивной нагрузки и максимально потребляется активная мощность из сети и полностью используется электромагнитная энергия, накопленная в цепи выпрямленного тока.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока.

Известен применяемый в настоящее время на электроподвижном составе, тиристорный многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) [1]. Преобразователь состоит из набора тиристорных плеч, образующих схему двухполупериодного мостового выпрямителя, и подключен к тяговым электродвигателям постоянного тока. В такой схеме тиристор (плечо) невозможно запереть в произвольный момент времени, что совместно с индуктивным характером нагрузки (сглаживающий реактор (CP) и тяговый двигатель (ТД)) приводит к тому, что ток сдвигается относительно сетевого напряжения. Основным недостатком такого преобразователя является достаточно низкий коэффициент мощности, не более 0,84.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь и способ его управления, содержащий параллельные ключевые мосты, трансформатор с одной или более вторичными обмотками, диодное плечо, образующие схему двухполупериодного мостового выпрямителя с возможностью зонно-фазового регулирования, соединенного с коллекторным тяговым электродвигателем, датчик тока первичной сети и датчик напряжения первичной сети, подключенные к системе управления [2]. Каждое ключевое управляемое плечо состоит из последовательно включенных диода и управляемого электронного ключа, в качестве которого может использоваться IGBT транзистор (модуль). При зонно-фазовом управлении ВИП, после момента перехода напряжения через ноль с помощью управляемых ключевых плеч на электродвигатель сначала подается напряжение с малой обмотки трансформатора, а через некоторое время подается дополнительное напряжение с дополнительной обмотки трансформатора, которое через некоторое время снимается. Время включения и выключения дополнительной обмотки трансформатора выбирают такими, чтобы сдвиг тока сети относительно напряжения сети на первой гармонике сетевой частоты уменьшить до нуля.

К достоинствам такого ВИП относится то, что в основе силовой схемы используются IGBT транзисторы (модули), с помощью которых можно осуществлять управление временами включения и выключения плеч ВИП, что в совокупности с изложенным способом управления позволяет обеспечить больший коэффициент мощности по сравнению со штатным ВИП.

Из недостатков можно выделить сам способ управления, нерегулируемая обмотка открывается через некоторое время, после перехода напряжения через ноль в полупериоде, что несколько ослабляет компенсацию реактивного тока, вызванного индуктивной нагрузкой. Закрытие нерегулируемой обмотки ТТ происходит без учета накопленной электромагнитной энергии в цепи выпрямленного тока, хотя наиболее полное использование этой энергии позволит максимально поддержать выпрямленный ток на одном уровне, что повысит коэффициент мощности.

Целью предлагаемого изобретения является максимальное использование электромагнитной энергии, накопленной в цепи выпрямленного тока, с учетом максимального использования активной мощности.

На Фиг.1 показан режим работы ВИП с предлагаемым способом управления: uсети - напряжение сети; uупр1 - напряжение управления плеч, обеспечивающих работу нерегулируемой обмотки; uупр2 - напряжение управления плеч, обеспечивающих работу регулируемой обмотки; VD - время, в течение которого работает дополнительное разрядное диодное плечо.

При реализации такого способа управления выпрямительно-инверторным преобразователем на IGBT транзисторах (модулях) обеспечивается максимальное потребление активной мощности из сети за счет того, что максимально компенсируется индуктивная нагрузка.

Открытие плеч ВИП, обеспечивающих работу нерегулируемой обмотки ТТ (например, обмотка 1-x1 при работе ВИП на 2-й зоне, плечи 3 и 6 в одном полупериоде напряжения и 5 и 4 в другом полупериоде напряжения), на 2, 3, 4-й зонах осуществляется каждый полупериод напряжения в момент ωt=0 эл. град., выключение же нерегулируемой обмотки производится одновременно с выключением регулируемой обмотки ТТ (например, обмотка a1-1 при работе ВИП на 2-й зоне) в момент времени ωt=140-150 эл. град., после выключения проводящих плеч в работу вступает дополнительное разрядное диодное плечо, которое устанавливается параллельно цепи выпрямленного тока, состоящей из CP и ТЭД, образуя более длительный контур разряда электромагнитной энергии, обеспечивая тем самым полное использование электромагнитной энергии, накопленной в цепи выпрямленного тока.

Техническим преимуществом указанного способа зонно-фазового управления, является максимально эффективное использование электромагнитной энергии накопленной в цепи выпрямленного тока.

Источники информации

1. Электровоз ВЛ85: Руководство по эксплуатации [Текст] / Под ред. Б.А. Тушканов, Н.Г. Пушкарев, Л.А. Позднякова и др. - М.: Транспорт, 1992. - 480 с: ил., табл.

2. Патент 2498490 Российская Федерация, МПК H02M, H02P, G05F, B60L. Многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь и способ управления преобразователем [Текст] / Портной А.Ю., Мельниченко О.В., Шрамко С.Г., Полуянов А.Г.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения». - №2012114982/07; заявл. 16.04.2012; опубл. 10.11.2013, Бюл. №31. - 7 с.: ил.

Способ зонно-фазового управления выпрямительно-инверторным преобразователем электровоза переменного тока с применением IGBT транзисторов (модулей) в качестве электронных управляемых силовых ключей, отличающийся тем, что максимально используется потребление активной мощности тяговыми двигателями из сети за счет более полной компенсации индуктивной нагрузки, путем открытия плеч ВИП на 2, 3, 4-й зонах нерегулируемой обмотки тягового трансформатора каждый полупериод напряжения в момент ωt=0 эл. град., а также полного использования накопленной электромагнитной энергии в цепи выпрямленного тока, путем выключения нерегулируемой и регулируемой обмоток тягового трансформатора в момент времени ωt=140-150 эл. град., образуя более длительный контур разряда электромагнитной энергии через дополнительное разрядное диодное плечо, установленное параллельно цепи выпрямленного тока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) для частотного регулирования скорости асинхронного двигателя.

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Электрическая передача переменного тока транспортного средства с микропроцессорной системой управления содержит тепловой двигатель, вал которого соединен с валом трехфазного синхронного генератора.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в регулируемых электроприводах антенн радиолокационных станций (РЛС). Техническим результатом является улучшение технико-экономических характеристик за счет уменьшения переменной составляющей мощности на валу электродвигателя и повышение надежности.

Изобретение относитя к области электротехники и может быть использовано в электрической ручной машине, оснащенной опасным инструментом. Технический результат - обеспечение эффективного торможения с меньшим искрением под щетками и малым их износосм.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах с синхронными гистерезисными двигателями. Технический результат - уменьшение потерь энергии и электромагнитных помех.

Изобретение относится к системам распределения мощности на морских судах. Система распределения мощности содержит первую шину распределения, вторую шину распределения и мультиимпульсный выпрямитель, имеющий выводы, подключенные к первой шине распределения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования частоты вращения электродвигателей насосов, работающих на длинные трубопроводы, например магистральных насосов нефтепроводов.

Настоящее изобретение относится к способу управления электрической нагрузкой или установкой, на которую подается электроэнергия переменного тока по протяженной линии передачи.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в для управления преобразователем частоты в системе двигателя. Технический результат - уменьшение потерь при коммутации.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления дивгателем. Технический результат - повышение точности определения типа двигателя.

Устройство может быть использовано в системах частотно-токового электропривода в качестве управляемого источника тока, обладающего свойством задавать фазу тока статорных обмоток двигателя изменением угла управления вентилями.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводе электроподвижного состава переменного тока. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано к качестве источника питания для установок индукционного нагрева и формирования тока для нагрева.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в индукционных плавильных комплексах для плавки черных и цветных металлов и сплавов. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в индукционных плавильных комплексах для плавки черных и цветных металлов и сплавов. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией выходных напряжений в частотно-регулируемом асинхронном двигателе.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах индукционного нагрева с полупроводниковыми преобразователями частоты. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в сетевых инверторах, входящих в состав электроприводов постоянного и переменного тока, в электротехнических установках.

Изобретение относится к электроэнергетике. Технический результат - повышение надежности и снижение потерь электроэнергии.
Наверх