Выпрямительно-инверторный преобразователь



Выпрямительно-инверторный преобразователь
Выпрямительно-инверторный преобразователь
Выпрямительно-инверторный преобразователь

 


Владельцы патента RU 2581603:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" МГУПС (МИИТ) (RU)

Выпрямительно-инверторный преобразователь предназначен для питания тяговых электродвигателей электрического подвижного состава, получающего питание от сети переменного тока, и может работать в выпрямительном и инверторном режимах. Преобразователь содержит силовой тяговый трансформатор (1) с секционированной вторичной обмоткой и выпрямительные мосты, выполненные на тиристорах (3÷10) и соединяющие вторичную обмотку с тяговыми двигателями (2), а также узел принудительной коммутации, состоящий из коммутирующего конденсатора (13), подключенного параллельно цепи из последовательно включенных коммутирующего тиристора (20) и дросселя (21), и соединенный первым дополнительным тиристором (12) с анодной группой плеч выпрямительных мостов, а вторым дополнительным тиристором (11) - с катодной группой плеч выпрямительных мостов. Для достижения технического результата - расширения диапазона устойчивой работы преобразователя - в него дополнительно введен источник зарядного напряжения в виде моста на диодах (16÷19), зажимы переменного тока которого подключены к одной из секций вторичной обмотки силового тягового трансформатора, а зажимы постоянного тока подключены через зарядные тиристоры (14 и 15) к соответствующим выводам узла принудительной коммутации, и перезарядный тиристор (22), подключенный встречно-параллельно коммутирующему тиристору. 2 ил.

 

Изобретение относится к области преобразовательной техники преимущественно транспортного назначения и предназначено, в частности, для электроподвижного состава с рекуперативным торможением, получающего питание от сети переменного тока.

Известен выпрямительно-инверторный преобразователь, содержащий силовой тяговый трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена из нескольких секций и соединена с тяговыми электродвигателями через выпрямительные тиристорные мосты, при этом ТЭД подключены между анодной и катодной группами плеч выпрямительно-инверторного преобразователя (Электровоз ВЛ80Р. Руководство по эксплуатации. / Под ред. Б.А. Тушканова. - М.: Транспорт, 1985, с. 63-68).

Управление таким выпрямительно-инверторным преобразователем осуществляется путем подачи управляющих импульсов на тиристоры с фазовым сдвигом по отношению к моменту перехода кривой питающего напряжения через ноль. Возникающие при сетевой коммутация изменения тока коммутации могут иметь апериодический или колебательный характер в зависимости от параметров контактной сети и режима работы электроподвижного состава. При апериодическом характере изменения тока коммутации процесс коммутации в выпрямительно-инверторном преобразователе завершается относительно быстро, при колебательном - значительно дольше.

Увеличение интервала коммутации приводит к увеличению угла сдвига между напряжением и током и, как следствие, к снижению энергетических показателей преобразователя, в частности коэффициента мощности, а в некоторых случаях, при работе в режиме инвертирования, увеличение интервала сетевой коммутации приводит к «опрокидыванию» инвертора, возникновению короткого замыкания и нарушению режима электрического рекуперативного торможения.

Эти недостатки частично устранены в выпрямительно-инверторном преобразователе, содержащем силовой тяговый трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена из нескольких секций, соединена с тяговыми электродвигателями через выпрямительные тиристорные мосты, анодная группа плеч которых соединена с анодом первого дополнительного тиристора, а катодная - с катодом второго дополнительного тиристора, и узел принудительной коммутации, выполненный на коммутирующем конденсаторе, коммутирующем тиристоре и дросселе, соединенный одним выводом с катодом первого дополнительного тиристора, а другим - с анодом второго дополнительного тиристора, причем коммутирующий конденсатор подключен параллельно цепи из последовательно включенных коммутирующего тиристора и дросселя, описанном в авторском свидетельстве СССР №852660, кл. B60L 9/12, 1981, который следует рассматривать в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является зависимость напряжения на коммутирующем конденсаторе от тока нагрузки тяговых электродвигателей. При малых и средних значениях тока тяговых электродвигателей заряд коммутирующего конденсатора может оказаться недостаточным для принудительного запирания тиристоров преобразователя, что вызывает «опрокидывание» инвертора и срыв режима рекуперативного торможения.

Техническим результатом является расширение диапазона устойчивой работы выпрямительно-инверторного преобразователя.

Технический результат достигается тем, что в выпрямительно-инверторный преобразователь дополнительно введены перезарядный тиристор, зарядные тиристоры и источник зарядного напряжения, при этом источник зарядного напряжения выполнен в виде диодного моста, зажимы переменного тока которого подключены к одной из секций вторичной обмотки силового тягового трансформатора, зажимы постоянного тока подключены через зарядные тиристоры к соответствующим выводам узла принудительной коммутации, а перезарядный тиристор подключен встречно-параллельно коммутирующему тиристору.

Наличие дополнительных конструктивных элементов: источника зарядного напряжения, зарядных и перезарядного тиристоров и связи между ними обеспечивают устойчивую работу выпрямительно-инверторного преобразователя во всем диапазоне изменения тока нагрузки тяговых двигателей.

Существо предложения иллюстрируется на конкретном примере его исполнения, показанном на фиг. 1, где изображена принципиальная схема выпрямительно-инверторного преобразователя. На фиг. 2 приведены временные диаграммы токов и напряжений на элементах схемы преобразователя, поясняющие его работу.

На фиг. 1 приведена схема выпрямительно-инверторного преобразователя, содержащего силовой тяговый трансформатор 1, вторичная обмотка которого выполнена из нескольких секций и соединена с тяговыми электродвигателями 2 через выпрямительные тиристорные мосты 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10. Анодная группа плеч 4, 6, 8 и 10 соединена с анодом первого дополнительного тиристора 11, а катодная 3, 5, 7 и 9 - с катодом второго дополнительного тиристора 12. Узел принудительной коммутации, выполненный на коммутирующем конденсаторе 13, соединен одним выводом с катодом первого дополнительного тиристора 11, а другим - с анодом второго дополнительного тиристора 12. Коммутирующий конденсатор 13 зарядными тиристорами 14 и 15 подключен к соответствующим зажимам постоянного тока источника зарядного напряжения, выполненного в виде диодного моста 16, 17, 18 и 19, зажимы переменного тока которого подключены к одной из секций вторичной обмотки тягового трансформатора. Параллельно коммутирующему конденсатору подключена цепь из последовательно включенных коммутирующего тиристора 20 и дросселя 21, а встречно-параллельно коммутирующему тиристору подключен перезарядный тиристор 22.

На фиг. 2, а и 2, б приведены диаграммы uc и ic соответственно, напряжение на первичной обмотке силового тягового трансформатора и ток этой обмотки. Диаграммы ucond и icond на фиг. 2, в и 2, г - это напряжение и ток коммутирующего конденсатора 13. Диаграммы uvip и ivip (фиг. 2, д и 2, е) - это напряжение и ток на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя, т.е. на нагрузке 2.

Работа выпрямительно-инверторного преобразователя, связанная с регулированием величины напряжения на нагрузке, осуществляется так же, как и в типовом преобразователе, путем включения тиристоров с задержкой на угол регулирования после перехода кривой напряжения через ноль.

Сетевую коммутацию основных тиристоров 3-10 преобразователя благодаря наличию узла принудительной коммутации осуществляют иначе.

Для выполнения сетевой коммутации за несколько эл. град. до конца полупериода с помощью разрядных тиристоров 11 и 12 производится подключение предварительно заряженного коммутирующего конденсатора 13 параллельно выключаемым основным тиристорам преобразователя так, что напряжение коммутирующего конденсатора 13 прикладывается в обратном направлении к основным тиристорам 3-10. В результате чего проводящие тиристоры закрываются, а ток нагрузки начинает протекать через узел принудительной коммутации: тиристор 11, коммутирующий конденсатор 13 и тиристор 12. Это вызывает разряд и перезаряд коммутирующего конденсатора 13. Когда он перезаряжается, тиристоры 11 и 12 закрываются, отключая коммутирующий конденсатор 13, и одновременно с этим подаются управляющие импульсы на два из основных тиристоров (3-10) согласно алгоритму, которые начинают открываться. Когда они полностью откроются, сетевая коммутация завершается. При этом ток нагрузки остается непрерывным (рис. 2, е), плавно переходя между основными тиристорами преобразователя и узлом принудительной коммутации.

На диаграммах фиг. 2 показано, что на интервале времени t1 в самом начале полупериода завершается принудительная сетевая коммутация, начавшаяся на предыдущем полупериоде. Импульсы управления α0 и α подаются одновременно на соответствующие основные тиристоры преобразователя, которые начинают открываться, что сопровождается нарастанием тока сети ic до нормального значения работы под нагрузкой. Поскольку на интервале принудительной сетевой коммутации, начавшейся на предыдущем полупериоде, перезаряд коммутирующего конденсатора 13 происходит током нагрузки, то в случае малого тока нагрузки коммутирующий конденсатор не перезарядится. Поэтому эта перезарядка выполняется принудительно: через несколько эл. град. после начала полупериода коммутирующий конденсатор 13 с помощью перезарядного тиристора 22 и дросселя 21 перезаряжается в отрицательную полярность (фиг. 2, в), это «первая» перезарядка коммутирующего конденсатора на рассматриваемом полупериоде. По завершению перезарядки на разрядных тиристорах 11 и 12 появляется обратное напряжение, они закрываются, и коммутирующий конденсатор 13 отключается от силовой цепи, ток конденсатора становится равным нулю (фиг. 2, г) в начале интервала времени t2.

На интервале времени t3 выполняется «вторая» на полупериоде перезарядка коммутирующего конденсатора 13 с помощью коммутирующего тиристора 20 и дросселя 21. На конденсаторе восстанавливается положительная полярность (фиг. 2, в).

По окончанию интервала времени включают зарядные тиристоры 14, 15 и происходит дозаряд коммутирующего конденсатора 13 от источника зарядного напряжения. Коммутирующий конденсатор 13 за время t4 заряжается до уровня, соответствующего амплитуде напряжения на вторичной обмотке трансформатора, питающей источник зарядного напряжения, после чего зарядные тиристоры запираются, и конденсатор готов к следующей коммутации. На интервале времени t5 продолжается обычная работа преобразователя в режиме тяги.

В начале интервала времени t6 начинается принудительная сетевая коммутация подачей импульсов управления на разрядные тиристоры 11 и 12. Напряжение коммутирующего конденсатора 13 прикладывается в обратном направлении к основным тиристорам преобразователя, вызывая их закрытие. При этом ток нагрузки начинает проходить через коммутирующий конденсатор 13, вызывая его разряд и перезаряд (фиг. 2, г).

Таким образом, можно смещать момент начала принудительной коммутации так, чтобы обеспечивались максимальные энергетические показатели и коэффициент мощности преобразователя. Угол коммутации сокращается до 2-3 эл. град. в режимах тяги и рекуперативного торможения во всем диапазоне токов тяговых электродвигателей благодаря стабильной принудительной сетевой коммутации предлагаемого выпрямительно-инверторного преобразователя.

Таким образом, предлагаемый выпрямительно-инверторный преобразователь обеспечивает стабильную и надежную работу преобразователя в режимах тяги и рекуперативного торможения и благодаря увеличению коэффициента мощности до значений 0,95 обеспечивает на 5% снижение расхода электроэнергии на тягу поездов.

Выпрямительно-инверторный преобразователь, содержащий силовой тяговый трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена из нескольких секций, соединена с тяговыми электродвигателями через выпрямительные тиристорные мосты, анодная группа плеч которых соединена с анодом первого дополнительного тиристора, а катодная - с катодом второго дополнительного тиристора, и узел принудительной коммутации, выполненный на коммутирующем конденсаторе, коммутирующем тиристоре и дросселе, соединенный одним выводом с катодом первого дополнительного тиристора, а другим - с анодом второго дополнительного тиристора, причем коммутирующий конденсатор подключен параллельно цепи из последовательно включенных коммутирующего тиристора и дросселя, отличающийся тем, что в него дополнительно введены перезарядный тиристор, зарядные тиристоры и источник зарядного напряжения, при этом источник зарядного напряжения выполнен в виде диодного моста, зажимы переменного тока которого подключены к одной из секций вторичной обмотки силового тягового трансформатора, зажимы постоянного тока подключены через зарядные тиристоры к соответствующим выводам узла принудительной коммутации, а перезарядный тиристор подключен встречно-параллельно коммутирующему тиристору.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроподвижном составе переменного тока с зонно-фазным регулированием напряжения. Технический результат заключается в повышении коэффициента мощности за счет улучшения синусоидальности формы первичного тока электровоза.

Изобретение относиться к области электротехники и может быть использовано при производстве, преобразовании и распределении электрической энергии, в частности в стабилизаторах трехфазного переменного напряжения локомотивов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования переменного напряжения или тока в переменное напряжение или ток без промежуточного пеобразования в постоянное напряжение или ток.

Изобретение предназначено для повышения коэффициента мощности потребителей, в частности электроподвижного состава переменного тока с зонно-фазовым регулированием напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока. Техническим результатом является увеличение коэффициента мощности.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для энергопитания. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигателем, имеющего ротор с постоянными магнитами. .

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 электрифицированного железнодорожного транспорта и направлено на усовершенствование системы питания электроподвижного состава. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для перезапуска вращающейся машины переменного тока. .
Наверх