Выпрямительно-инверторный преобразователь

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроподвижном составе железных дорог переменного тока. Цель изобретения - упрощение, снижение установленной мощности и улучшение массогабаритных показателей. Благодаря использованию упрощенного узла принудительной коммутации тиристоров, включающего коммутирующий конденсатор 17, перезарядный тиристор 18 и дроссель 19, и обеспечению гашения регулирующего тиристора 14 током перезаряда коммутационного конденсатора достигается улучшение регулировочных свойств устройства. При этом обеспечивается независимость коэффициента регулирования возбуждения от тока нагрузки и длительности коммутации . 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

-"Ca fip@5>kgb, Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АBTOPCHOMV СВИДЕТЕПЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3969279/24-07 (22) 28.10.85 (46) 07.01.88. Бюл. 1Ф 1

/ (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (72) С.И.Меркушев (53) 621.314.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 852660, кл. В 60 L 9/12, 1981.

Научно-исследовательский отчет

ВНИИВ "Перспективный электропоезд переменного тока с плавным пуском и рекуперативным торможением". Рига, 1980, рис. 3,2. инв. Ф Б544229.

„„SU, 1365314 А1 (д1) 4 Н 02 М,7/757 В 60 L 9/12 (54) ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроподвижном составе железных дорог переменного тока. Цель изобретения — упрощение, снижение установленной мощности и улучшение массогабаритных показателей, Благодаря использованию упрощенного узла принудительной коммутации тиристоров, включающего коммутирующий конденсатор 17, перезарядный тиристор 18 и дроссель 19, и обеспечению гашения регулирующего тиристора 14 током перезаряда коммутационного конденсато- ра достигается улучшение регулировочных свойств устройства. При этом обеспечивается независимость коэффициента регулирования возбуждения от тока нагрузки и длительности коммутации. 3 ил.

65314 2

В

1г, 20

35 подключения обмотки 13 возбуждения тягового электродвигателя, к которым подключен регулирующий тиристор 14, шунтированный резистором 15 и встречно включенным диодом 16, причем анод регулирующего тиристора 14 соединен с катодной группой плеч выпрямительно-инверторного тиристорного моста.

Преобразователь содержит также узел принудительной коммутации, выполненный на коммутирующем конденсаторе 17, перезарядном тиристоре 18 и дросселе

19, причем коммутирующий конденсатор подключен одной обкладкой к катоду второго дополнительного тиристора 12 и аноду перезарядного тиристора 18, другой обкладкой — к аноду регулирующего тиристора 14, а перезарядный тиристор 18 подключен через дроссель

19 к катоду регулирующего тиристора 14.

На фиг. 2 и 3 приняты следующие обозначения: Б, 1„ — напряжение вто40

50.секции 2 вторичной обмотки в тиристор б6 12 и коммутирующий конденсатор 17.

1 13

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования в электроподвижном составе железных дорог переменного тока.

Бель изобретения — упрощение,снижение установленной мощности и улучшение массогабаритных показателей.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема преобразователя; на фиг.2 и 3 — временные диаграммы его работы, отражающие характер изменения напряжений и токов в различных элементах схемы соответственно в тяговом и инверторном режимах его работы.

Выпрямительно-инверторный преобразователь содержит силовой трансформа.— тор, вторичная обмотка которого, выполненная из двух секций 1 и 2, шунтированных конденсаторами 3 и 4, сое1динена с нагрузкой, состоящей, например, из якоря тягового электродвигателя 5 и сглаживающего реактора 6, через выпрямительно-инверторный тиристорный мост, включающий тиристоры 7-10, Анодная группа плеч этого моста соединена с анодом первого дополнительного тиристора 11; катод которого подключен к средней точке вторичной обмотки силового трансформатора и аноду второго дополнительного тиристора 12. Устройство для регулирования возбуждения тягового электродвигателя имеет два вывода для ричной обмотки и ток первичной обмотки; 1,- . „,, — импульсы токов на тиристорах 7-12, 14 и 18;

20+ — 25+ и 20- 25- — импульсы управления соответственно положительной и отрицательной полярности t„ -t 6 и

I I

t,-t — моменты времени подачи соответствующих импульсов.

Преобразователь в выпрямительном режиме работает следующим образом (фиг.2).

Допустим, что в положительный полупериод питающего напряжения ЭДС силового трансформатора направлена так, как показано стрелкой на фиг.1 °

Ток нагрузки протекает в начале полупериода напряжения по буферному контуру, образованному тиристорами 8 и

10 и обмоткой 13 возбуждения, шунтированной резистором 15. В момент времени t„ 20+ включают тиристор 11. Ток нагрузки переходит из тиристора 8, который закрывается, в тиристор 11, К нагруз-. ке подключается напряжение секции 2 вторичной обмотки силового трансформатора, Происходит колебательный процесс во входном контуре, образованным конденсаторами 3 и 4 входной емкости и секции 1 и 2 вторичной обмотки, характерный для преобразователей с импульсно-фазовым регулированием.

Через время, равное половине периода собственных колебаний входного контура, в момент времени t подают импульс управления 21+ на тиристор 7.

Ток двигателей переходит из тиристора 11, который закрывается, в тиристор 7, к нагрузке прикладывается напряжение всей вторичной обмотки трансформатора, колебательный процесс во входном контуре прекращается.

Для запирания тиристора 10 подается импульс управления 22+ в момент времени t на тиристор 12. Напряжение на коммутирующем конденсаторе 17 имеет полярность, показанную на фиг.1 без скобок, и величину, превышающую текущее значение напряжения на секции 2 вторичной обмотки силового трансформатора, Ток нагрузки переходит из тиристора 10, который закрывается, и

Нагрузка подключена к секции 1 вторичной обмотки и коммутирующему конденсатору 17. Происходит колебательный процесс во входном контуре, 3 136531

Через полупериод собственных колебаний входного контура, в момент времени t подается импульс управления 23+ на тиристор 9. К этому мо5 менту времени коммутирующий конденсатор перезаряжен током нагрузки до напряжения, равного первоначальному, с полярностью, показанной на фиг.1 в скобках. Ток нагрузки переходит из секции 1 вторичной обмотки, тиристора 12, который закрывается, и коммутирующего конденсатора 17 в тиристор 9 и протекает по буферному конту.— ру, образованному тиристорами 7 и 9.

Колебательный процесс во входном контуре прекращается.

Для подготовки коммутирующего конденсатора к коммутации тока в тиристоре 9 в отрицательный полупериод питающего напряжения на перезарядный тиристор 18 в момент времени t6 подается импульс управления 24+. Коммутирующий конденсатор перезаряжается до напряжения, равного первоначальному, 25 с полярностью, показанной на фиг.1 без скобок, через перезарядный тиристор 18, дроссель 19 и диод 16. Импульс 24+ подают в любой момент вре(Тп . 30 мени от t < po t< — --, где Т„- полупериод.собственных колебаний перезарядного контура.

При подаче импульса управления 24+ в момент времени он совпадает по времени с импульсом 23+, что позволяет уменьшить количество импульсов управления преобразователем. Однако подача импульса 24+ с задержкой по отношецию к моменту времени t5 уве- 40 личивает время восстановления запирающих свойств на тиристоре 12, особенно при опережающем гашении тока в первичной обмотке силового трансформатора, по сравнению с окончанием 45 полупериода питающего напряжения.

Для работы преобразователя в режиме прерывистых токов импульс управления 20+ подают одновременно на тиристоры 11 и 10. Для первоначально- 50 го заряда коммутирующего конденсатора и запуска преобразователя, а также при работе преобразователя в области малых нагрузок импульсы 22+, 23+, 24+ переносят в начало следующего полупериода питающего напряжения.

После нарастания тока двигателей импульсы управления 22+, 23+, 24+ устанавливают в конце положительной по4 4 луволны напряжения для повьш ения коэффициента мощности преобразователя.

Регулирование напряжения на тяговых двигателях достигается изменением фазы подачи импульсов 20+, 21+.

Регулятор возбуждения работает следующим образом, Плавное регулирование возбуждения достигается путем импульсного шунтирования обмоток 13 возбуждения регулирующим тиристором 14. Для этого по. дают импульс управления 25+ в момент времени t на регулирующий тиристор, который открывается и шунтирует обмотку возбуждения тягового электродвигателя, снижая средний ток, протекающий по обмотке возбуждения ° Импульс управления 25+ подают с опережением на определенный угол момента времени t<, когда регулирующий тиристор 14 закрывается под действием прямого падения напряжения на диоде 16, так как протекающий по диоду .ток перезаряда коммутирующего конденсатора

17 превьппает ток в регулирующем тиристоре 14. Коэффициент регулирования возбуждения при условии постоянства тока нагрузки и тока обмотки возбуждения в течение полупериода питающе/ го напряжения равен: (1 п Jn)R 15

1Ъ (ОП ф )

I8 где у = — — коэффициент регулирова0П т ния возбуждения;

2 (t<-ь) — — — относительное время проООП водимости регулирующего тиристора;

2 II Е„ : у =- ††"- — относительное время пеТ резаряда коммутирующего конденсатора;

R — сопротивление обмотки возбуждения 13;

R — сопротивление резистора, постоянно шунтирующего обмотку возбуждения.

Коэффициент регулирования возбуждения изменяют от максимального, когда импульсы 25+, 24+ подаются одновременно, до минимального допустимого для тягового электродвигателя, увеличивая относительное время проводимости регулирующего тиристора

Аналогично преобразователь работает в отрицательный полупериод питающего напряжения.

5 136531

В инверторном режиме преобразователь работает следующим образом.

Для обеспечения рекуператнвного торможения при последовательном соединении обмоток возбуждения тяговый электродвигатель переводят в генераторный режим. Для этого реверсируют обмотку 13 возбуждения,или якорь 5 тягового электродвигателя (реверсор на фиг.1 не показан). В начале положительной полуволны напряжения ток генератора замыкается в буферном контуре. образованном тиристорами 8 и

10 и регулятором возбуждения (фиг.1 и 3). В момент времени t подают импульс управления 22+ на тиристор 12.

Ток генератора переходит из тиристора 10, который закрывается под действием напряжения на коммутирующем конденсаторе 17, превышающем напряжение на секции 2 вторичной обмотки (полярность напряжения показана на фиг.1 без скобок), в секцию 2 вторичной обмотки силового трансформатора, тиристор 12 и коммутирующий конденсатор 17. Происходит колебательный процесс во входном контуре. Ток генератора протекает против ЭДС трансформатора и энергия передается из це- Зо ци выпрямленного тока в сеть переменного тока. Через время, равное полупериоду собственных колебаний входного контура, когда коммутирующий конденсатор перезаряжен током генератора до напряжения, равного первона35 чальному (полярность показана на фиг.i в скобках), в момент времени подают импульс управления 23+ на тйристор 9. Ток из тиристора 12, который закрывается под действием на- . пряжения на коммутирующем конденсаторе 17, превышающем напряжение на секции 1 вторичной обмотки силового трансформатора, и коммутирующего кон- 45 денсатора 17 переходит в секцию вторичной обмотки 1 и тиристор 9. Ток генератора протекает по вторичной обмотке против ЭДС силового трансформатора. Колебательный процесс во входном контуре прекращается. Для перезаряда коммутирующего конденсатора в момент времени t подают импульс управления 24+. В момент времени t„ подают импульс управления

20+ на тиристор 11. Тиристор 8 под действием напряжения на секции 2 вторичной обмотки закрывается, ток переходит в тиристор 11. Во входном кон4 в туре возникает колебательный процесс, который прекращается до окончания положительной полуволны питающего напряжения через полупериод собственных колебаний входного контура подачей в момент времени t HM управления 21+ на тиристор 7. Ток генератора переходит в буферный контур, образованный тиристорами 7 и 9.

Регулятор возбуждения работает также, как в выпрямительном режиме работы выпрямительно-инверторного преобразователя. Процессы в отрицательный полупериод протекают аналогично.

Для образования буферного контура в режиме прерывистых токов импульс

21+ подается одновременно на тиристоры 7 и 9, а 21- — на тиристоры

8и 10.

Для запуска преобразователя и первоначального заряда коммутирующего конденсатора, а также для быстрого самовозбуждения тягового двигателя и работы при малых токах генератора импульсы 22+, 23+, 24+ (22-, 23-, 24-) переносят в конец предыдущей полуволны питающего напряжения. После нарастания тока импульсы устанавливают в начало полуволны питающего напряжения для повышения коэффициента мощности преобразователя.

Регулирование выпрямленного напряжения преобразователя достигают изменением фазы подачи импульсов 20+, 21+, (21-, 20-). При работе преобразователя запирание регулирующего тиристора происходит при перезаряде коммутирующего конденсатора через дроссель независимо от принудительного запирания катодных плеч тиристорного моста.

Кроме того, наличие в преобразователе упрощенного узла принудительной коммутации и гашение регулирующего тиристора регулятора возбуждения током перезаряда коммутирующего . конденсатора позволяет существенно упростить преобразователь, снизить установленную мощность вентилей, сократить количество импульсов управления, необходимых для работы преобразователя в выпрямительном и инверторном режимах, что упрощает систему управления. В преобразователе достигается улучшение его регулировочных свойств, обеспечение независимости коэффицйента регулирования возбужде13б531 ния от тока нагрузки и длительности коммутации.

Формула изобретения

Выпрямительно-инверторный преобразователь, содержащий силовой трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена из двух секций, каждая из которых эашунтирована конденсатором, и соединена с цепью нагрузки через тиристорный мост, анодная группа плеч которого соединена с анодом первого дополнительного тиристора, катод которого подключен к средней точке вторичной обмотки силового трансформатора и аноду второго дополнительного тиристора, регулятор возбуждения с двумя выводами для подключения обмот-2О ки возбуждения тягового электродвигателя, к которым подключен регули4 8 рующий тиристор, зашунтированный резистором и встречно включенным диодом, причем анод регулирующего тиристора соединен с катодной группой плеч тиристорного моста, и узел принудительной коммутации, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью упрощения, снижения установленной мощности и улучшения массогабаритных показателей, узел принудительной коммутации включает коммутирующий конденсатор, перезарядный тиристор и дроссель, причем коммутирующий конденсатор подключен одной обкладкой к катоду второго дополнительного тиристора и аноду перезарядного тиристора,другой обкладкой — к аноду регулирующего тиристора, а .переэарядный тиристор через дроссель подключен к катоду регулирующего тиристора.

13653.1 4

Составитель Т.Добровольскис

Техред И.Дидык Корректор А, Зимокосов

Редактор Г.Волкова

Заказ 6654/54 Ти раж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4