Способ управления многозонным преобразователем переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от контактной сети переменного тока. Технический результат изобретения - повышение энергетических показателей преобразователя. Способ осуществляется в устройстве, состоящем из одного трансформатора, многозонного преобразователя на управляемых вентилях и нагрузке. Трансформатор имеет первичную обмотку, подключенную к источнику питающего преобразователь напряжения, и вторичную обмотку, выполненную в виде нескольких последовательно соединенных секций с выводами от каждой из них. Количество секций равно числу зон регулирования. Преобразователь состоит из нескольких цепочек, каждая из которых содержит пару последовательно соединенных вентилей, подключенных крайними точками между шинами постоянного тока нагрузки параллельно, а средними точками - к соответствующим выводам вторичной обмотки трансформатора. При работе на любой m-й зоне регулирования в начале каждого полупериода напряжения импульсы управления с заданным углом отпирания подают не только на соответствующий вентиль 1-й зоны и пару вентилей (m-1)-й зоны, но и на соответствующую пару вентилей 1-й зоны и на все вентили 2-й, 3-й и т.д. до (m-2)-й зон регулирования. 2 ил.

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

Известен способ управления преобразователем переменного тока [1], содержащим однофазный трансформатор, имеющий первичную обмотку, подключенную к источнику питающего преобразователь напряжения, вторичную обмотку, выполненную в виде нескольких последовательно соединенных секций с выводами от каждой из них, и несколько цепочек, каждая из которых содержит пару последовательно соединенных управляемых вентилей, подключенных крайними точками между шинами постоянного тока параллельно, а средними точками - к соответствующим выводам вторичной обмотки трансформатора, причем первые две цепочки, подключенные к выводам первой секции вторичной обмотки, образуют первую зону, следующая пара вентилей, подключенная к выводу второй секции, образует вторую зону и так далее до m-й зоны, заключающийся в том, что при работе на любой m-й зоне регулирования в начале каждого полупериода питающего преобразователь напряжения подают импульс управления на соответствующий вентиль 1-й зоны с заданным углом отпирания, затем с задержкой на угол коммутации подают импульс управления на вентиль m-1 зоны и с регулируемым углом отпирания на вентиль m-й зоны регулирования.

Недостатком такого способа является увеличение угла коммутации в преобразователе и, как следствие, снижение энергетических показателей.

Этот недостаток частично устраняется в способе управления путем одновременной подачи импульсов управления на соответствующий вентиль 1-й зоны и пару вентилей (m-1)-й зоны с заданным углом отпирания [2].

Недостатком этого способа является хотя и меньшее, но сохраняющееся потребление преобразователем реактивной энергии и пониженные энергетические показатели.

Целью изобретения является повышение энергетических показателей преобразователя за счет снижения потребления реактивной энергии.

Технический результат достигается тем, что одновременно с подачей импульсов управления на указанные вентили с заданным углом отпирания подают подобные импульсы управления на соответствующую пару вентилей 1-й зоны и на все вентили 2-й, 3-й и т.д. до (m-2)-й зон регулирования.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема m-зонного преобразователя; на фиг. 2 - диаграмма процессов работы вентильных плеч преобразователя.

Устройство (фиг. 1) содержит трансформатор, имеющий первичную обмотку 1 и вторичную обмотку, выполненную в виде последовательно соединенных секций 2, 3, 4, 5, и 6 и несколько (шесть) параллельно включенных между шинами постоянного тока 7 и 8 цепочек, каждая из которых содержит пару 9, 10; 11, 12; 13, 14; 15, 16; 17, 18 и 19, 20 последовательно соединенных управляемых вентилей, а их средние точки подключены к соответствующим выводам вторичной обмотки трансформатора. Первые две цепочки 9, 10 и 11, 12, подключенные к выводам первой секции 2, образуют первую зону регулирования, следующая пара 13, 14, подключенная к выводу второй секции 3, образует вторую зону и так далее до m-й зоны (m=5). К выводу многозонного преобразователя подключена нагрузка 21 между шинами 7 и 8 постоянного тока.

Способ управления заключается в следующем.

Например, при работе на m-й зоне регулирования (m=4) в начале полупериода с полярностью напряжения, обозначенной сплошной стрелкой, продолжают проводить ток вентили 10 и 17 (фиг. 2). С заданным углом отпирания α_o подают импульсы управления на вентиль 9 первой зоны, соответствующий указанной полярности напряжения, соответствующую пару вентилей 11, 12 первой зоны, пару вентилей 13,14 второй (m-2=2) зоны и пару вентилей 15, 16 третьей (m-1=3) зоны.

Все указанные вентили включаются и через них начинают протекать токи, определяемые током нагрузки 21, которая имеет индуктивный характер, и токами замкнутых накоротко секций вторичной обмотки трансформатора. При этом ток в каждой секции вторичной обмотки трансформатора вначале спадает до нуля, а затем меняет направление и увеличивается до значения тока нагрузки. В соответствии с этим токи в вентилях 11, 12, 13, 14 и 15 в начале коммутации возрастают, а затем спадают до нуля (фиг. 2). Токи вентилей 10 и 17 спадают, а вентилей 9 и 16 возрастают на протяжении всей коммутации (угол γ_o). Продолжительность коммутации определяется скоростью изменения тока в обмотках трансформатора и будет минимальной, так как эквивалентная индуктивность в контуре коммутации при всех замкнутых накоротко секциях трансформатора будет наименьшей.

После окончания коммутации (угол γ_o) ток проводят вентили 9 и 16 и напряжение на выходе выпрямителя будет равно сумме напряжений секций 2, 3 и 4 вторичной обмотки трансформатора. Далее в пределах полупериода π, для регулирования напряжения в m-й (4-й) зоне, подают импульсы управления с регулируемым углом отпирания (α_рег) на вентиль 18. В результате за время коммутации (угол γ_p), ток с вентиля 16 переходит на вентиль 18 и до конца данного полупериода ток будут проводить вентили 9 и 18, а напряжение на выходе выпрямителя будет равно сумме напряжений секций 2, 3, 4 и 5 вторичной обмотки трансформатора.

При смене полярности напряжения в следующем полупериоде, обозначенном на фиг. 1 пунктирной стрелкой, начинается аналогичный цикл работы других вентилей; в начале полупериода с заданным углом отпирания α_o подают импульсы управления на вентиль 10 и пары плеч 11, 12; 13, 14; 15, 16 (фиг. 2), а затем для регулирования напряжения на m-й (4-й) зоне - импульсы управления с регулируемым углом отпирания α_рег на вентиль 17. Процессы коммутации (угол, γ_o) протекают аналогично, как и в предыдущем полупериоде.

Технико-экономическая эффективность предложения определяется тем, что уменьшение угла коммутации приводит к пропорциональному уменьшению угла сдвига основной гармоники тока источника питающего преобразователь напряжения и, как следствие, к повышению коэффициента мощности за счет снижения потребления реактивной энергии.

Источники информации 1. Электровоз ВЛ80Р. Руководство по эксплуатации / Под ред. Б.А. Тушканова. М.: Транспорт, 1985, с. 76-115.

2. Авторское свидетельство СССР N 1363403, кл. H 02 М 5/12, 1986 г.

Формула изобретения

Способ управления многозонным преобразователем переменного тока, содержащим однофазный трансформатор, имеющий первичную обмотку, подключенную к источнику питающего преобразователь напряжения, вторичную обмотку, выполненную в виде нескольких последовательно соединенных секций с выводами от каждой из них, а также параллельно включенные между шинами постоянного тока цепочки, каждая из которых содержит пару последовательно соединенных управляемых вентилей, средняя точка каждой из упомянутых цепочек подключена к соответствующему выводу вторичной обмотки трансформатора, причем первые две цепочки, подключенные к выводам первой секции вторичной обмотки, образуют первую зону регулирования, следующая цепочка, подключенная к выводу второй секции вторичной обмотки, образует вторую зону регулирования, m-ая цепочка, подключенная к выводу (m-1)-ой секции, образует (m-1)-ую зону регулирования, в соответствии со способом управления при работе в любой m-ой зоне регулирования в начале каждого полупериода питающего преобразователь напряжения подают импульс управления с заданным углом отпирания на соответствующий вентиль одной цепочки первой зоны регулирования и пару вентилей цепочки (m-1)-й зоны регулирования, а затем в пределах этого же полупериода напряжения подают импульс управления с регулируемым углом отпирания на соответствующий вентиль цепочки m-ой зоны регулирования, отличающийся тем, что одновременно с подачей импульсов управления с заданным углом отпирания на указанные вентили подают подобные импульсы на пару вентилей другой цепочки первой зоны регулирования и на все вентили со 2-й по (m-2)-ю зоны регулирования.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2