Способ управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока



Способ управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока
Способ управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока
Способ управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока

 


Владельцы патента RU 2561913:

Власьевский Станислав Васильевич (RU)

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в качестве способа управления выпрямительно-инверторным преобразователем на электроподвижном составе, получающим питание от контактной сети однофазного переменного тока. Технический результат - повышение коэффициента мощности - достигается за счёт шунтирования цепи выпрямленного тока одной из двух цепочек, подключенных между катодной и анодной шинами, состоящих из последовательно включенных между собой диода и тиристора, который отпирают путем подачи на его управляющий электрод импульса управления с соответствующей режиму работы преобразователя фазой, и бесконтактного отключения при переходе из режима выпрямителя в инвертор и наоборот одной из этих цепочек от анодной шины с помощью тиристора, который своим запертым состоянием на протяжении времени перехода и времени работы преобразователя в выбранном режиме отключает эту цепочку. 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано на электровозах, получающих питание от контактной сети однофазного переменного тока.

Эксплуатация многозонных выпрямительно-инверторных преобразователей (ВИП) на электровозах переменного тока, построенных на управляемых вентилях-тиристорах, сопровождается невысоким энергетическим показателем - коэффициентом мощности в режимах тяги и рекуперативного торможения за счет достаточно большого угла сдвига фаз φ между первой гармоникой тока и напряжения в первичной обмотке трансформатора, а также большого искажения формы кривой синусоидального напряжения сети на их токоприемниках. Это вызывает значительное потребление электровозом реактивной энергии сети. Для повышения коэффициента мощности в силовую схему ВИП, а именно к его выходным выводам (к катодной и анодной шинам) подключают два (первый и второй) силовых неуправляемых вентиля - диода, с помощью которых уменьшается реактивная и увеличивается активная составляющие полной энергии переменного тока, потребляемой двигателями из сети при выпрямлении в режиме тяги и возвращаемой генераторами в сеть при инвертировании в режиме рекуперативного торможения. При работе ВИП в режиме выпрямителя первый диод подключается катодом к катодной и анодом к анодной шинам. При работе ВИП в режиме инвертора второй диод подключается наоборот, а именно анодом к катодной и катодом к анодной шинам. Однако одновременная работа обоих диодов, как в режиме тяги, так и в режиме рекуперативного торможения недопустима. Связано это с тем, что в режиме рекуперативного торможения должен работать только второй диод, а первый диод должен быть отключен, иначе он создаст короткое замыкание между анодной и катодной шинами, чего нельзя допустить. Соответственно, в режиме тяги должен работать только первый диод, а второй диод должен быть отключен, иначе он создаст короткое замыкание между его катодной и анодной шинами, чего также нельзя допустить.

Известны различные пути отключения неуправляемого вентиля - диода, включенного между анодной и катодной шинами ВИП, при переводе работы преобразователя из режима выпрямителя в режим инвертора и наоборот. Одним из таких путей является последовательное подключение к диоду управляемого вентиля - тиристора, который своим запертым состоянием отключает диод.

Известен способ управления многозонным выпрямителем однофазного переменного тока [Патент на изобретение №2322749. Заявка №2006140957/09 от 20.11.2006, опубликовано: 20.04.2008, Бюл. №11], содержащим четыре зоны на основе параллельных тиристорных мостов с шунтированием цепи выпрямленного тока выпрямителя неуправляемым вентилем - диодом. Способ заключается в регулировании выпрямленного напряжения выпрямителя на всех зонах регулирования и в переводе накопленной энергии индуктивности цепи выпрямленного тока в нагрузку путем шунтирования цепи выпрямленного тока неуправляемым вентилем - диодом, катод которого присоединен к катодной, а анод к анодной шинам выпрямителя. Благодаря диоду уменьшается реактивная и увеличивается активная составляющие полной энергии переменного тока, потребляемой двигателями из сети при выпрямлении в режиме тяге. Это обстоятельство повышает коэффициент мощности выпрямителя. Отключение диода от анодной шин при прекращении режима выпрямления производится с помощью силового контакта тормозного переключателя.

Достоинством данного способа управления многозонным выпрямителем является повышение коэффициента мощности на всех четырех зонах регулирования напряжения за счет перевода накопленной энергии индуктивности цепи выпрямленного тока в нагрузку путем шунтирования цепи выпрямленного тока неуправляемым вентилем - диодом.

Недостатком данного способа управления многозонным выпрямителем является то, что при прекращении режима выпрямления отключение диода выполняется с помощью механических контактов тормозного переключателя. Наличие механических контактов в схеме выпрямителя снижает надежность его работы.

Известен зависимый многозонный инвертор однофазного переменного тока [Патент на изобретение №2418354. Заявка №2010113666/07 от 07.04.2010, опубликовано: 10.05.2011, Бюл. №13], содержащий четыре зоны на основе параллельных тиристорных мостов с шунтированием цепи выпрямленного тока инвертора неуправляемым вентилем - диодом. Диод присоединен катодом к анодной, а анодом к катодной шинам инвертора. Благодаря диоду повышается коэффициент мощности инвертора на всех четырех зонах регулирования напряжения за счет уменьшения угла запаса 5 инвертора, обусловленного уменьшением угла коммутации γ′ большого контура коммутации, при сохранении регулирования напряжения на этих зонах в широком диапазоне. Дело в том, что уменьшение угла запаса δ инвертора уменьшает угол сдвига фаз φ, а следовательно снижает реактивную и повышает активную составляющие полной энергии переменного тока, возвращаемой генераторами в сеть при инвертировании в режиме рекуперативного торможения, что приводит к повышению коэффициента мощности инвертора. Отключение диода от анодной шины при прекращении режима инвертирования производится с помощью силового контакта тормозного переключателя.

Достоинством такого зависимого многозонного инвертора является повышение коэффициента мощности на всех четырех зонах регулирования напряжения за счет уменьшения угла запаса δ инвертора, обусловленного уменьшением угла коммутации γ′ большого контура коммутации.

Недостаток зависимого многозонного инвертора заключается в том, что даже при увеличенном его коэффициенте мощности на всех зонах регулирования отключение диода от анодной шины при прекращении режима инвертирования производится с помощью силового контакта тормозного переключателя, снижающим надежность работы инвертора.

Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является способ управления четырехзонным выпрямительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока [Б.Н. Тихменев, В.А. Кучумов. Электровозы переменного тока с тиристорными преобразователями. - М.: Транспорт, 1988. - С.12-45], содержащим параллельные тиристорные мосты. Способ заключается в регулировании выпрямленного напряжения преобразователя на всех четырех зонах регулирования в режимах тяги и рекуперативного торможения, а также в переключении этих режимов с помощью тормозного переключателя. На электровозе между этими режимами имеется время перехода, во время которого электрическая схема одного режима разбирается, а другого собирается. Переход электровоза из режима тяги в режим электрического рекуперативного торможения сопровождается переводом работы преобразователя из режима выпрямителя в режим инвертора. Во время такого перехода на электровозе включается тормозной переключатель, который своими силовыми и управленческими контактами создает работу преобразователя в режиме инвертора. При обратном переходе электровоза из рекуперативного торможения в режим тяги силовые и управленческие контакты тормозного переключателя собирают режим работы выпрямителя.

Недостатком данного способа управления преобразователем является невысокий его коэффициент мощности в режимах выпрямителя и инвертора, а сам переход из режима выпрямителя в инвертор и обратно выполняется с помощью механических силовых и управленческих контактов тормозного переключателя, на работу которых требуется достаточно большое время срабатывания (несколько секунд), причем наличие механических контактов снижает надежность работы преобразователя.

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке способа управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока с высоким коэффициентом мощности на всех зонах регулирования выпрямленного напряжения преобразователя в режимах выпрямителя и инвертора за счет шунтирования цепи выпрямленного тока преобразователя двумя цепочками, каждая из которых состоит из последовательно включенных между собой диода и тиристора и подключена между катодной и анодной шинами преобразователя только в одном режиме, и повышенной надежностью его работы путем бесконтактного отключения одной из цепочек при переходе преобразователя из режима выпрямителя в инвертор и наоборот.

Для решения поставленной задачи в известном способе управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока, содержащим четыре зоны на основе параллельных тиристорных мостов, заключающемся в регулировании выпрямленного напряжения преобразователя на всех четырех зонах в режимах выпрямителя и инвертора и в переключении этих режимов с помощью контактов тормозного переключателя, повышение коэффициента мощности преобразователя в режимах выпрямителя и инвертора при регулировании их выпрямленного напряжения осуществляют путем шунтирования цепи выпрямленного тока одной из двух (первой и второй) цепочек, состоящих из последовательно включенных между собой диода и тиристора, который отпирают путем подачи на его управляющий электрод импульса управления с соответствующей режиму работы преобразователя (выпрямитель или инвертор) фазой, и подключенных между катодной и анодной шинами, причем к катодной шине преобразователя диод первой цепочки в режиме выпрямителя подключают катодом, диод второй цепочки в режиме инвертора - анодом, а повышение надежности работы преобразователя осуществляют путем бесконтактного отключения одной из этих цепочек от анодной шины при переходе преобразователя из режима выпрямителя в инвертор и наоборот с помощью тиристора, который своим запертым состоянием отключает соответствующую цепочку.

Шунтирование цепи выпрямленного тока преобразователя в режимах выпрямителя и инвертора одной из двух (первой и второй) цепочек, состоящих из последовательно включенных между собой диода и тиристора, который отпирают путем подачи на его управляющий электрод импульса управления с соответствующей режиму работы преобразователя (выпрямитель или инвертор) фазой, и подключенных между катодной и анодной шинами, и бесконтактное отключение одной из них от анодной шины при переходе преобразователя из режима выпрямителя в инвертор и наоборот с помощью тиристора, который своим запертым состоянием отключает соответствующий диод, отличают заявляемое решение от прототипа. Наличие существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «новизна».

Благодаря шунтированию цепи выпрямленного тока преобразователя в режимах выпрямителя и инвертора одной из двух (первой и второй) цепочек, состоящих из последовательно включенных между собой диода и тиристора, который отпирают путем подачи на его управляющий электрод импульса управления с соответствующей режиму работы преобразователя (выпрямитель или инвертор) фазой, и подключенных между катодной и анодной шинами, и бесконтактному отключению одной из них от анодной шины при переходе преобразователя из режима выпрямителя в инвертор и наоборот с помощью тиристора, который своим запертым состоянием отключает соответствующий диод, осуществляется увеличение коэффициента мощности преобразователя на всех зонах регулирования и повышение надежности его работы при переходах из режима выпрямителя в режим инвертора и наоборот.

Это обусловлено следующим. Шунтирование диодом и тиристором в режимах выпрямителя и инвертора цепи выпрямленного тока приводит к уменьшению угла φ, что уменьшает реактивную и увеличивает активную составляющую полной энергии переменного тока. В результате, это ведет к увеличению коэффициента мощности на всех зонах регулирования. Последовательное подключение к каждому диоду управляемого вентиля-тиристора, который своим запертым состоянием отключает соответствующий диод, приводит к бесконтактному отключению от анодной шины первой цепочки из диода и тиристора при переходе выпрямителя в режим инвертора и второй цепочки из диода и тиристора при переходе инвертора в режим выпрямителя, что повышает надежность работы преобразователя при его переходах из одного режима в другой и обратно.

Причинно-следственная связь «шунтирование одной из двух цепочек в режимах выпрямителя или инвертора цепи выпрямленного тока - уменьшение реактивной и увеличение активной составляющих полной энергии переменного тока - уменьшение угла φ - увеличение коэффициента мощности на всех зонах регулирования», а также «последовательное подключение к каждому диоду управляемого вентиля-тиристора, который своим запертым состоянием отключает соответствующий диод, - бесконтактное отключение от анодной шины первой цепочки при переходе выпрямителя в режим инвертора и второй цепочки при переходе инвертора в режим выпрямителя - повышение надежности работы преобразователя при его переходах из режима выпрямителя в режим инвертора и обратно» явно не вытекает из существующего уровня техники и является новой.

Наличие новых причинно-следственных связей «существенные отличительные признаки - результат» свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема многозонного выпрямительно-инверторного преобразователя по заявляемому способу управления.

На фиг. 2 показаны процессы работы на 1-й и на 4-й зонах регулирования многозонного выпрямительно-инверторного преобразователя в режиме выпрямителя по заявляемому способу управления.

На фиг. 3 показаны процессы работы на 1-й и на 4-й зонах регулирования многозонного выпрямительно-инверторного преобразователя в режиме инвертора по заявляемому способу управления.

Заявляемый способ управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока осуществляется в устройстве (см. фиг. 1), содержащем трансформатор, многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь на основе параллельных тиристорных мостов, два неуправляемых вентиля-диода, два управляемых вентиля-тиристора и цепь выпрямленного тока нагрузки.

Трансформатор имеет первичную обмотку 1, подключенную к источнику 2 питающего напряжения сети, и вторичную обмотку, выполненную в виде трех последовательно соединенных секций 3, 4, 5 с выводами 6, 7, 8, 9 от каждой из них. Первые две малые секции 3 и 4 имеют равное количество витков, а третья большая секция 5 имеет в два раза большее количество витков по сравнению с ними, т.е. равна сумме первых двух секций 3 и 4.

Многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь выполнен из параллельных тиристорных мостов, состоящих из нескольких цепочек. Каждая цепочка содержит пару 10-11, 12-13, 14-15 и 16-17 последовательно соединенных тиристорных плеч. Все четные 10, 12, 14 и 16 тиристорные плечи образуют катодную 18, а все нечетные 11, 13, 15 и 17 тиристорные плечи анодную 19 группы плеч преобразователя. Катоды всех вентилей катодной группы, соединенные в одну общую точку схемы, образуют катодную 20 шину, а аноды всех вентилей анодной группы, соединенные в другую общую точку схемы, образуют анодную 21 шину преобразователя. Средние точки цепочек подключены к соответствующим выводам секций 3, 4, 5 вторичной обмотки трансформатора.

Два неуправляемых вентиля-диода 22, 23 и два управляемых вентиля-тиристора 24, 25 образуют две встречно параллельные цепочки 22-24 и 23-25, каждая из которых состоит из последовательного включения между собой диода 22 (23) и тиристора 24 (25). Катод диода 22 первой цепочки 22-24 подключен к катодной 20, а анод тиристора 24 этой цепочки - к анодной 21 шинам преобразователя. В свою очередь, анод диода 23 второй цепочки 23-25 подключен к катодной 20, а катод тиристора 25 - к анодной 21 шинам преобразователя.

Цепь 26 выпрямленного тока нагрузки включает в себя сглаживающий реактор 27 и электрическую машину 28 постоянного тока, включенные между собой последовательно. Цепь 26 подключена со стороны сглаживающего реактора 27 к катодной 20, а со стороны электрической машины 28 к анодной 21 шинам преобразователя.

Способ управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем заключается в повышении коэффициента мощности преобразователя в режимах выпрямителя и инвертора при регулировании их выпрямленного напряжения путем шунтирования цепи выпрямленного тока нагрузки одной из двух цепочек, каждая из которых состоит из последовательно включенных между собой диода и тиристора, который отпирают путем подачи на его управляющий электрод импульса управления с соответствующей режиму работы преобразователя (выпрямитель или инвертор) фазой, и бесконтактном отключении одной из двух (первой и второй) цепочек от анодной шины при переходе преобразователя из режима выпрямителя в инвертор и обратно, с помощью запертого состояния управляемого вентиля-тиристора, которое сохраняется на протяжении времени этого перехода и времени работы преобразователя в режим выпрямителя или инвертора.

Повышение коэффициента мощности преобразователя в режиме выпрямителя при регулировании его выпрямленного напряжения на четырех зонах осуществляют путем шунтирования цепи 26 выпрямленного тока нагрузки первой цепочкой 22-24, состоящей из последовательно включенных между собой диода 22 и тиристора 24, который отпирают путем подачи на его управляющий электрод импульса управления α с фазой ωt=0. Причем в этой цепочке катод диода 22 подключен к катодной 20, а анод тиристора 24 - к анодной 21 шинам преобразователя.

Работа выпрямителя на 1-й зоне осуществляется путем подачи однофазного переменного напряжения от источника питания сети 2 на первичную обмотку 1 трансформатора. Далее секция 4 его вторичной обмотки подает напряжение на средние точки цепочек тиристорных плеч 12-13 и 14-15. Бесконтактное отключение одной из двух (первой 22-24 или второй 23-25) цепочек от анодной 21 шины при переходе преобразователя из режима выпрямителя в инвертор и обратно осуществляют с помощью запертого состояния управляемого вентиля-тиристора 24 или 25, включенного в состав соответствующей цепочки. Запертое состояние соответствующего тиристора возникает при подаче на его анод-катод обратного выпрямленного напряжения со стороны преобразователя после окончания проводящего состояния диода и тиристора в том или ином режиме. Помимо этого на управляющий электрод соответствующего тиристора не подают импульс управления α на протяжении времени перехода и времени работы преобразователя в том режиме, в течение которого надо отключить цепочку.

Процесс регулирования выпрямленного напряжения выпрямителя на 1-й зоне (см. фиг. 2, a) происходит благодаря подаче в каждом (первом и втором) полупериоде напряжения сети, обозначенных на фиг. 1 сплошной и пунктирной стрелками, импульсов управления α с фазой ωt=αрег на тиристоры следующих плеч. В первом полупериоде по сплошной стрелке импульсы управления подаются на плечи 12, 15, а во втором полупериоде по пунктирной стрелке на плечи 13, 14. Тиристоры этих плеч отпираются и заставляют коммутировать (закрываться) с длительностью угла γр регулируемой коммутации диод 22 и тиристор 24, которые были открыты с начала каждого полупериода напряжения (т.е. в момент времени ωt=0). Открытие вентилей 22 и 24 произошло благодаря подаче на их аноды положительного потенциала ЭДС самоиндукции со стороны цепи 26 выпрямленного тока и подаче на управляющий электрод тиристора 24 импульса управления α с фазой ωt=0. Открытие диода 22 и тиристора 24 заставляет коммутировать (закрывать) тиристоры плеч 13, 14 в полупериоде по сплошной стрелке и тиристоры плеч 12, 15 в полупериоде по пунктирной стрелке. Через открытые вентили 22 и 24 на интервале времени от ωt=0 до ωt=αрегр происходит перевод накопленной энергии в индуктивности цепи 26 выпрямленного тока в нагрузку - электрическую машину 28, работающей двигателем при выпрямительном режиме преобразователя. Это приводит к снижению потребления выпрямителем реактивной и увеличению активной составляющей полной энергии переменного тока, а следовательно, к уменьшению угла φ и повышению коэффициента мощности выпрямителя.

Работа выпрямителя на 2, 3 и 4-й зонах осуществляется путем подачи напряжения от источника 2 на первичную обмотку 1 трансформатора. Далее секции 3, 4 и 5 подают напряжение на средние точки цепочек тиристорных плеч 10-11, 12-13, 14-15, 16-17.

Процесс регулирования выпрямленного напряжения выпрямителя на 2, 3 и 4-й зонах регулирования (см. фиг. 2, б) происходит благодаря подаче в первом и втором полупериодах напряжения сети импульсов управления α с фазой ωt=α0 на тиристоры соответствующих этим полупериодам двух плеч моста каждой предыдущей зоны (например, на 2-й зоне - плечи 12, 15 и 13, 14, на 3-й зоне - плечи 14, 17 и 15, 16, на 4-й зоне - плечи 12, 17 и 13, 16), а также подаче в соответствующих полупериодах импульсов управления α с фазой ωt=αрег на тиристоры одного плеча другого моста, образующего последующую зону (на 2-й зоне - плечо 10 и 11, на 3-й зоне - плечо 12 и 13, на 4-й зоне - плечо 10 и 11). Тиристоры указанных плеч отпираются и осуществляют процесс регулирования выпрямленного напряжения выпрямителя. Открытие на 2, 3 и 4-й зонах в первом и втором полупериодах напряжения тиристоров соответствующих двух плеч предыдущей зоны (например, на 4-й зоне - это плечи 12, 17 и 13, 16) приводит к коммутации (закрытию) с длительностью угла γ1 основной коммутации γ=γ12 диода 22 и тиристора 24, которые были открыты с начала каждого полупериода напряжения (т.е. в моменты времени ωt=0, π, 2π и т.д.). Открытие вентилей 22 и 24 произошло благодаря подаче на их аноды положительного потенциала ЭДС самоиндукции со стороны цепи 26 выпрямленного тока и подаче на управляющий электрод тиристора 24 импульса управления α с фазой ωt=0. Открытие диода 22 и тиристора 24 заставляет коммутировать (закрываться) тиристоры плеч 11, 16 в первом полупериоде и плеч 10, 17 во втором полупериоде. Через открытые вентили 22 и 24 на интервале времени от ωt=0 до ωt=α01 происходит перевод накопленной энергии в индуктивности цепи 26 выпрямленного тока в нагрузку - электрическую машину 28, работающей двигателем при выпрямительном режиме преобразователя. Это приводит, как и на 1-й зоне, к повышению коэффициента мощности выпрямителя на 2, 3 и 4-й зонах выпрямителя.

Бесконтактное отключение цепочки из диода 22 и тиристора 24 при переходе преобразователя из режима выпрямителя в режим инвертора происходит с помощью запертого состояния управляемого вентиля-тиристора 24, включенного последовательно с диодом 22. Запертое состояние тиристора 24 возникает при подаче на его анод-катод обратного выпрямленного напряжения со стороны преобразователя после окончания проводящего состояния диода и тиристора в режиме выпрямителя. В тоже время на управляющий электрод тиристора 24 не подают импульс управления α на протяжении времени перехода и времени работы преобразователя в режиме инвертора.

Повышение коэффициента мощности преобразователя в режиме инвертора при регулировании его выпрямленного напряжения на четырех зонах осуществляют путем шунтирования цепи 26 выпрямленного тока нагрузки второй цепочкой 23-25, состоящей из последовательно включенных между собой диода 23 и тиристора 25. Причем в этой цепочке анод диода 23 подключен к катодной 20, а катод тиристора 25 - к анодной 21 шинам преобразователя.

Работа инвертора на 1-й зоне осуществляется путем подачи однофазного переменного напряжения от источника питания сети 2 на первичную обмотку 1 трансформатора. Далее секция 4 его вторичной обмотки подает напряжение на средние точки цепочек тиристорных плеч 12-13 и 14-15.

Процесс регулирования выпрямленного напряжения инвертора на 1-й зоне (см. фиг. 3, а) происходит благодаря подаче в первом полупериоде напряжения сети импульсов управления α с фазой ωt=π-β (где β - угол опережения инвертора) на тиристоры плеча 12 и с фазой ωt=π-βрег (где βрег - регулируемый угол опережения инвертора) на тиристоры плеча 15 в первом полупериоде. Во втором полупериоде напряжения сети подают импульсы управления α с фазой ωt=π-β на тиристоры плеча 14 и с фазой ωt=π-βрег на тиристоры плеча 13.

В первом полупериоде тиристоры плеча 12 отпираются и заставляют коммутировать (закрываться) с длительностью угла γ основной коммутации тиристоры плеча 14, а тиристоры плеча 15 своим открытием коммутируют (закрывают) с длительностью угла γр регулируемой коммутации тиристоры плеча 13. Таким образом, в момент отпирания с фазой ωt=π-β тиристоров плеча 12 через открытое ранее в момент времени ωt=π-βрег плечо 15 и цепочку 23-25 создается контур тока короткого замыкания для напряжения секции 4 вторичной обмотки, минуя цепь 26 выпрямленного тока (сглаживающий реактор 27 и электрическая машина 28 в режиме генератора). Точно так же во втором полупериоде отпираются с фазой ωt=2π-β тиристоры плеча 14, которые заставляют закрываться с длительностью угла γ тиристоры плеча 12, а тиристоры плеча 13 своим более ранним открытием в момент ωt=π-βрег закрывают с длительностью угла γр тиристоры плеча 15. И теперь уже в момент ωt=2π-β создается контур тока короткого замыкания для напряжения секции 4 через открытые плечи 14, 13 и цепочку 23-25. В результате диод 23 и тиристор 25 шунтируют последовательно включенные сглаживающий реактор 27 и генератор постоянного тока 28, составляющие цепочку 26.

В результате короткого замыкания секции 4 ток по диоду 23 и тиристору 25, а также по тиристорным плечам 12, 15 в первом полупериоде и плечам 14, 13 во втором полупериоде резко возрастает и тем самым быстрее проходит процесс их полного открытия, что приводит к уменьшению длительности коммутации вентилей 12, 15 и 14, 13, т.е. к уменьшению угла γ по сравнению с работой инвертора без цепочки 23-25. Уменьшение γ позволяет уменьшить в автоматической системе регулирования заданную величину (уставку) угла запаса δ инвертора, что приводит в дальнейшей работе инвертора к автоматическому уменьшению угла опережения β, так как β=γ+δ. Уменьшение угла β приводит к уменьшению угла сдвига фаз φ и к увеличению коэффициента мощности инвертора на 1-й зоне регулирования.

Кроме того, при закорачивании диодом 23 и тиристором 25 катодной 20 и анодной 21 шин инвертора устанавливается небольшое по величине (3-4 B) прямое падение напряжения на вентилях 23 и 25, что значительно уменьшает величину отрицательной составляющей выпрямленного напряжения на протяжении угла β, которая вычитается из положительной составляющей выпрямленного напряжения на протяжении угла π-β. В результате, среднее значение выпрямленного напряжения инвертора увеличивается в каждом полупериоде напряжения, что увеличивает возврат в сеть активной составляющей полной мощности инвертирования энергии генератора.

После смены полярности напряжения сети в точке π, 2π и т.д. диод 23 и тиристор 25 запираются обратным для них выпрямленным напряжением инвертора. В результате, выпрямленное напряжение инвертора через анодную 21 и катодную 20 шины прикладывается к цепи 26 выпрямленного тока нагрузки, т.е. к цепи последовательно включенных генератора 28 и сглаживающего реактора 27. С этого момента времени через плечи 12, 15 в первом и плечи 14, 13 во втором полупериодах напряжения сети генератор начинает инвертировать свой ток через трансформатор в сеть.

Работа инвертора на 2, 3 и 4-й зонах осуществляется путем подачи напряжения от источника питания 2 на первичную обмотку 1 трансформатора. Далее секции 3, 4 и 5 его вторичной обмотки подают напряжение на средние точки цепочек тиристорных плеч 10-11, 12-13, 14-15 и 16-17.

Процесс регулирования выпрямленного напряжения инвертора на 2, 3 и 4-й зонах регулирования (см. фиг. 3, б) происходит благодаря подаче в первом и втором полупериодах напряжения сети сигналов управления с фазой β на тиристоры соответствующих этим полупериодам двух плеч моста каждой последующей зоны (на 2-й зоне - плечи 10,15 и 11,14, на 3-й зоне - плечи 12, 17 и 13, 16, на 4-й зоне - плечи 10, 17 и 11, 16. Затем, после смены полярности напряжения сети в точках π, 2π и т.д. на интервале следующего полупериода (второго или первого) подают сигналы управления с фазой βрег на тиристоры одного плеча другого моста, образующего предыдущую зону (на 2-й зоне - плечо 12 или 13, на 3-й зоне - плечо 14 или 15, на 4-й зоне - плечо 12 или 13). Тиристоры указанных плеч отпираются и осуществляют процесс регулирования выпрямленного напряжения инвертора. Открытие на 2, 3 и 4-й зонах в первом и втором полупериодах тиристоров соответствующих двух плеч последующей зоны (например, на 4-й зоне это плечи 10, 17 и 11, 16), на которые подаются сигналы управления с фазой β, приводит к коммутации (закрытию) с длительностью угла γ основной коммутации тиристоров плеч 16, 13 и 17, 12, а также к открытию диода 23 и тиристора 24, через которые возникает контур короткого замыкания для напряжения последовательно соединенных секций 3, 4 и 5 вторичной обмотки трансформатора.

Сопротивление нагрузки контура короткого замыкания, образованного секциями 2, 3 и 4, тиристорами плеч 10, 17 в первом и плеч 11, 16 во втором полупериодах, диодом 23 и тиристором 25, обусловлено в основном прямым сопротивлением диода 23 и тиристора 25, которые значительно меньше сопротивления цепи последовательно включенных сглаживающего реактора 27 и генератора 28, образующих цепь 26. В результате короткого замыкания секций 2, 3, 4 ток по диоду 23 и тиристору 25, а также по тиристорным плечам 10, 17 в первом и 11, 16 во втором полупериодах резко возрастает и тем самым убыстряет процесс их полного открытия, что приводит к уменьшению длительности основной коммутации этих плеч. Это создает уменьшение угла γ по сравнению с работой инвертора без цепочки 23-25.

Уменьшение угла γ позволяет в автоматической системе регулирования уменьшить заданную величину (уставку) угла запаса δ, что приводит к автоматическому уменьшению угла π в силу того, что β=γ+δ. В свою очередь уменьшение угла β приводит к уменьшению угла φ и к увеличению коэффициента мощности инвертора на 2, 3 и 4-й зонах регулирования.

Также как и на 1-й зоне закорачивание диодом 23 и тиристором 25 секций 2, 3 и 4 приводит к значительному уменьшению отрицательной составляющей выпрямленного напряжения инвертора на интервале угла β и как следствие к увеличению среднего значения выпрямленного напряжения. Это увеличивает возврат в сеть активной составляющей полной мощности инвертирования энергии генератора. После смены полярности напряжения сети в точке π, 2π и т.д. диод 23 и тиристор 25 запираются обратным для них выпрямленным напряжением инвертора. Далее выпрямленное напряжение инвертора через анодную 21 и катодную 20 шины прикладывается к цепи 26, собранной из последовательно включенных генератора 28 и сглаживающего реактора 27. С этого момента времени через плечи 10, 17 в первом и плечи 11, 16 во втором полупериодах напряжения сети генератор начинает инвертировать свой ток через трансформатор в сеть.

Процессы работы преобразователя в режимах выпрямителя и инвертора на всех зонах регулирования и переходах из одного режима в другой и обратно были получены путем математического моделирования силовой схемы электровоза типа ВЛ80Р. В качестве примеров, на фиг. 2 и 3 приведены диаграммы процессов работы преобразователя в режимах выпрямителя (фиг. 2) и инвертора (фиг. 3) на 1-й (а) и 4-й (б) зонах регулирования.

Опытные испытания показали, что по сравнению с преобразователем прототипом коэффициент мощности предлагаемого преобразователя при номинальной нагрузке в режиме выпрямителя увеличился с 0,84 до 0,88, а в режиме инвертора с 0,65 до 0,80. Время перехода из режима выпрямителя в режим инвертора и наоборот, из режима инвертора в режим выпрямителя сократилось с 5 с до 0,2 с.

Способ управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока, содержащим четыре зоны на основе параллельных тиристорных мостов, заключающемся в регулировании выпрямленного напряжения преобразователя на всех четырех зонах в режимах выпрямителя и инвертора и в переключении этих режимов с помощью контактов тормозного переключателя, отличающийся тем, что при регулировании выпрямленного напряжения преобразователя в режиме выпрямителя или инвертора осуществляют шунтирование цепи выпрямленного тока преобразователя одной из двух цепочек, состоящих из последовательно включенных между собой диода и тиристора, который отпирают путем подачи на его управляющий электрод импульса управления с соответствующей режиму работы преобразователя фазой, и подключенных между катодной и анодной шинами преобразователя, причем к катодной шине диод первой цепочки в режиме выпрямителя подключают катодом, а диод второй цепочки в режиме инвертора - анодом, и при переключении преобразователя из режима выпрямителя в инвертор и наоборот осуществляют бесконтактное отключение соответствующей цепочки от анодной шины с помощью тиристора, который своим запертым состоянием на протяжении времени перехода и времени работы преобразователя в выбранном режиме отключает эту цепочку.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе управления электроприводами. Техническим результатом является повышение быстродействия и уменьшение динамической погрешности при регулировании скорости рабочего органа в электромеханической системе с упругими связями.

Изобретение относится к устройствам преобразовательной техники. Силовая схема выполнена по реверсивной трехпульсной противопараллельной схеме выпрямления с уравнительными дросселями, с естественной коммутацией тиристоров и шунтирующими устройствами.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высоковольтных устройствах, вращающейся машине или в двигателе транспортного средства для преобразования переменного тока в постоянный или наоборот или для изменения формы, амплитуды и частоты тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в коллекторных электродвигателях и в электрическом транспортном средстве. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрифицированном инструменте, бытовых и промышленных электроприборах, в приборах специального назначения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматического регулирования тока электродвигателей постоянного тока в системах автоматизированного электропривода переменного тока, построенных на базе асинхронных электродвигателей, в активных корректорах коэффициента мощности.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления двухкомплектными реверсивными (3-1)-фазными преобразователями на встречно-параллельных вентильных парах с двухсторонней проводимостью тока на принципах цифрового одноканального импульсно-фазового управления.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматизированных электроприводах постоянного тока. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе переменного тока. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигателями постоянного тока. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, в частности, в электрифицированном инструменте, бытовых и промышленных электроприборах, приборах специального назначения. Технический результат заключается в повышении надежности работы электропривода. В устройстве для стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя повышенной надежности в цепь управления тиристорами включен блок защиты, не допускающий подачу отпирающих импульсов при отрицательном напряжении на аноде тиристора. 1ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока. Техническим результатом является максимальное повышение коэффициента мощности в режиме рекуперативного торможения. При зонно-фазовом управлении выпрямительно-инверторным преобразователем в режиме рекуперативного торможения с применением управляемых электронных ключей включение нерегулируемой обмотки тягового трансформатора каждый полупериод напряжения осуществляется на промежутке от нуля до некоторого момента времени, а выключение производится не позднее конца полупериода. Для достижения полной зоны фазы включения и выключения регулируемой обмотки тягового трансформатора такие же, как и при работе нерегулируемой обмотки, для уменьшения выпрямленного напряжения зоны включение и выключение регулируемой обмотки осуществляется по фазе таким образом, что напряжение зоны продолжает уменьшаться с некоторого момента времени, с начала к концу полупериода напряжения, тем самым сдвигая максимальные мгновенные значения тока в максимальные мгновенные значения напряжения сети. Разрядное диодное плечо, длительность работы которого определяется последовательно включенным электронным ключом, работает на промежутке времени, когда закрыты все плечи ВИП, обеспечивая непрерывное протекание тока якоря двигателей. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах передачи и воспроизведения информации, например в приводе устройств видеозаписи и в обзорно-поисковых и сканирующих системах. Техническим результатом является повышение быстродействия при переходе в режиме синхронизации, уменьшение времени синхронизации и снижение величины перерегулирования электропривода. В стабилизированный электропривод введены лок определения отсутствия рассогласования по угловой скорости, одноразрядный счетчик, аналогово-цифровой преобразователь, вычислительное устройство, компаратор, второй ключ, второй сумматор, три элемента И, два элемента ИЛИ-НЕ, два элемента НЕ, запоминающее устройство, блок сравнения частот. Первый вход блока сравнения подключен к частотно-задающему блоку, второй вход - к выходу к импульсному датчику частоты вращения, а выход - к управляющему входу бесконтактного ключа. Вход блока определения отсутствия рассогласования по угловой скорости и основной вход второго ключа подключены к выходу дифференцирующего блока; выход указанного блока подключен к управляющему входу запоминающего устройства и к входу одноразрядного счетчика, выход которого подключен к первым входам первого и второго элемента И, к третьему входу частотно-фазового дискриминатора и через первый элемент НЕ - к первому входу третьего элемента И, второй вход которого подключен к дополнительному выходу частотно-фазового дискриминатора, а выход - к управляющему входу второго ключа, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ-НЕ, первый вход которого подключен к основному выходу частотно-фазового дискриминатора, а второй вход - к выходу первого элемента И, второй вход которого совместно с входом второго элемента НЕ подключен к выходу компаратора, вход которого подключен к выходу второго сумматора. Положительный вход сумматора подключен к выходу аналогово-цифрового преобразователя, а отрицательный вход - к выходу запоминающего устройства, основной вход которого через вычислительное устройство подключен к выходу аналогово-цифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ-НЕ, вторым входом подключенного к выходу второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента НЕ. 2 ил.
Наверх