Способ управления в режиме рекуперативного торможения многозонного выпрямительно-инверторного преобразователя

Авторы патента:

Мельниченко Олег Валерьевич (RU)

Портной Александр Юрьевич (RU)

Яговкин Дмитрий Андреевич (RU)

Шрамко Сергей Геннадьевич (RU)

H02P7/292 - с использованием статических преобразователей, например для преобразования переменного тока в постоянный

Владельцы патента RU 2573821:

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

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.

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 инвертора, и подключен к тяговым электродвигателям постоянного тока.

К недостаткам такого преобразователя можно отнести следующее: применение тиристоров в качестве ключевых элементов, что не позволяет запереть тиристор в произвольный момент времени; организация коммутации тока плеч ВИП осуществляется в конце полупериода с углом β; поочередное протекание коммутации в плечах преобразователя, что увеличивает ее длительность; необходимость в наличии значительного угла запаса инвертора δ; осуществление фазового регулирования напряжения с конца полупериода. Вследствие чего коэффициент мощности в режиме рекуперативного торможения составляет не более 0,65.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь и способ управления преобразователем, 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. Каждое ключевое управляемое плечо состоит из последовательно включенных диода и управляемого электронного ключа, в качестве которого может использоваться IGBT транзистор (модуль) [2].

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.

Следует отметить, что данная схема ВИП и способ его управления изложены только для тягового режима.

Целью изобретения является максимальное повышение коэффициента мощности электровоза переменного тока в режиме рекуперативного торможения.

На фиг.1 показан многозонный ВИП переменного тока 11. Он содержит несколько зон на основе параллельных ключевых мостов, соединенных с одной и более вторичными обмотками трансформатора 2, который через пантограф 1 подключен с силовой цепи, а также разрядное диодное плечо 6, сглаживающий реактор 7, тяговый коллекторный электродвигатель постоянного тока 8, обмотку возбуждения 10, блок балластных резисторов 9. Ключевые управляемые плечи 3 (плечи 1...8) состоят из последовательно включенного диода 5 и силового электронного ключа 4, в качестве которого может использоваться IGBT транзистор (модуль). Ключевые управляемые плечи образуют схему двухполупериодного мостового инвертора с возможностью зонно-фазового регулирования. На фиг.2а показаны напряжение и ток первичной обмотки трансформатора при предлагаемом способе управления, E со сплошной стрелкой соответствует положительному направлению ЭДС, а с пунктирной - отрицательному направлению ЭДС. На фиг.2б показана предлагаемая диаграмма управления, на которой пунктирными горизонтальными линиями показано напряжение управления при полной зоне (2) и при половине (1) зоны регулирования, на фиг.2в показан один из возможных режимов работы ВИП с предлагаемым способом управления, u_сети - напряжение сети, u_упр1 - напряжение управления плеч, обеспечивающих работу нерегулируемой обмотки, u_упр2 - напряжение управления плеч, обеспечивающих работу регулируемой обмотки (показано для половины зоны регулирования), VD - время, в течение которого работает разрядное диодное плечо. Включение плеч ВИП, обеспечивающих работу нерегулируемой обмотки ТТ (например, обмотка 3 при работе ВИП на 2-й зоне), 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 ТТ (например, обмотка 2 при работе ВИП на 2-й зоне) такие же, как и при работе нерегулируемой обмотки, для того, чтобы уменьшить выпрямленное напряжение зоны, включение и выключение регулируемой производится по фазе таким образом, что напряжение зоны продолжает уменьшаться с некоторого момента времени, от начала к концу полупериода напряжения, сдвигая за счет такого управления максимальные мгновенные значения тока в максимальные мгновенные значения напряжения сети. Разрядное диодное плечо, длительность работы которого определяется последовательно электронным ключом, работает на промежутке времени, когда закрыты все плечи ВИП, обеспечивая тем самым непрерывное протекание тока якоря двигателей. Техническим преимуществом указанного выпрямительного-преобразователя и способа его управления является обеспечение большего коэффициента мощности электровоза в режиме рекуперативного торможения по сравнению со штатным ВИП.

Источники информации

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

2. Патент РФ 2498490, 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 в режиме рекуперативного торможения, который содержит несколько зон на основе параллельных ключевых мостов, образующих схему двухполупериодного мостового инвертора, соединенных с одной или более вторичными обмотками трансформатора с возможностью зонно-фазового регулирования, соединенного с коллекторным электродвигателем, и разрядное плечо из последовательно включенных управляемого электронного ключа и диода, каждое из ключевых управляемых плеч состоит из последовательно включенных диода и управляемого электронного ключа, отличающийся тем, что 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, от начала к концу полупериода напряжения, тем самым сдвигая максимальные мгновенные значения тока в максимальные мгновенные значения напряжения сети, при этом разрядное диодное плечо, длительность работы которого определяется последовательно включенным с ним управляемым электронным ключом, работает на промежутке времени, когда закрыты все остальные плечи выпрямительно-инверторного преобразователя.

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

Способ управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока // 2561913

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.

Электропривод постоянного тока с упругими связями // 2513871

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.

Способ управления тиристорами в реверсивном трехфазном тиристорном электроприводе и устройство для его реализации // 2498493

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.

Устройство и схема управления силовым электронным компонентом, соответствующие способ управления и пусковое устройство // 2485678

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.

Способ увеличения коэффициента мощности и устройство для его реализации // 2464697

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

Устройство для стабилизации частоты вращения однофазного коллекторного электродвигателя // 2444838

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

Способ импульсного регулирования электродвигателей постоянного и переменного тока // 2430462

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.

Способ комплементарно-фазового управления реверсивным вентильным преобразователем // 2414801

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.

Способ автоматического управления параметрами электромеханической системы и устройство для его осуществления // 2414048

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

Стабилизированный электропривод // 2585241

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.

Способ компенсации влияния гармонических колебаний момента нагрузки в электромеханической системе и устройство для его осуществления // 2608081

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при регулировании параметров сложных электромеханических систем, например электроприводов постоянного и переменного тока. Технический результат: улучшение динамической точности и сокращение аппаратных или программных затрат при технической реализации системы. Способ компенсации влияния гармонических колебаний момента нагрузки в электромеханической системе заключается в исследовании спектрограммы скоростей электромеханической системы, выделении частоты наиболее существенного возмущения, вычислении полинома, формирующего математическую модель возмущения, введении этого полинома сомножителем в знаменатель передаточной функции регулятора, синтезе коэффициентов регулятора и обратных связей внутреннего контура. При этом математическая модель возмущения делится на интегральную и колебательную составляющие. Устройство, реализующее способ, содержит последовательно соединенные внеконтурный формирователь, первый элемент сравнения, регулятор, второй элемент сравнения, интегратор, третий элемент сравнения, силовой преобразователь, подключенный к электродвигателю постоянного тока, измерительный блок, выполненный с возможностью измерения напряжения силового преобразователя, тока и скорости двигателя постоянного тока. Выходы измерительного блока соединены обратной связью по напряжению, току и скорости через соответствующие безынерционные звенья обратной связи по напряжению с коэффициентом передачи К1, по току с коэффициентом передачи К2, по скорости с коэффициентом передачи К3, с соответствующими инвертирующими входами третьего элемента сравнения, при этом выход блока измерения по скорости дополнительно подключен и инвертирующим входам первого и второго элементов сравнения.. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство контроля напряжения в якорной цепи двигателя // 2634349

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автоматизированном электроприводе. Технический результат - повышение надежности устройства контроля напряжения в якорной цепи двигателя. В устройство контроля напряжения в якорной цепи двигателя, содержащее пороговый элемент и исполнительный орган, дополнительно введены функциональный преобразователь скорости, компаратор и логический элемент ИЛИ, при этом вход порогового элемента подсоединен к первому входу компаратора и выходу датчика напряжения, выход порогового элемента подключен к первому входу логического элемента ИЛИ, выход которого подсоединен к входу исполнительного органа, вход функционального преобразователя скорости подключен к выходу датчика скорости, выход функционального преобразователя скорости подсоединен ко второму входу компаратора, выход которого подключен ко второму входу логического элемента ИЛИ, выход исполнительного органа подсоединен к системе управления электропривода. 2 ил.