Устройство для повышения коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя однофазного переменного тока

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано на электроподвижном составе, в частности на электровозе, получающем питание от контактной сети однофазного переменного тока. Предлагаемое устройство для повышения коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя однофазного переменного тока выполнено в виде блока реактивных токов, состоящего из разрядных силовых диода и тиристора, второго силового диода, конденсатора, предохранителя и двух выводов, в котором охладители двух силовых диодов и тиристора принудительно охлаждаются с помощью мотор-вентилятора, установленного в этой же конструкции блока реактивных токов, мотор которого присоединен для питания к трехфазной сети системы питания вспомогательных машин электровоза. Блок реактивных токов выполнен в виде отдельной конструкции ящика прямоугольной формы, расположенного рядом возле выпрямительно-инверторного преобразователя. Предложенное устройство обеспечивает шунтирование цепи выпрямленного тока нагрузки с помощью блока реактивных токов, при этом одновременно решаются две задачи: перевод реактивной энергии конденсатора и реактивной энергии, накопленной в индуктивности цепи выпрямленного тока нагрузки, в тяговые двигатели и организацию основной раздельной коммутации тиристоров плеч выпрямительно-инверторного преобразователя. Благодаря такому шунтированию уменьшается реактивная составляющая полной мощности переменного тока сети, поступающей в электровоз, и увеличивается активная составляющая (полезная мощность) полной мощности в месте ее потребления тяговыми двигателями, что увеличивает коэффициент мощности электровоза. Кроме того, улучшаются эксплуатационные характеристики электровоза путем снижения его удельного расхода электроэнергии на тягу поездов вследствие повышения коэффициента мощности, а также повышается надежность работы блока реактивных токов благодаря введению с помощью мотор-вентилятора принудительного охлаждения охладителей силовых полупроводниковых приборов в блоке реактивных токов, которые могут выйти из строя из-за перегревания в процессе их работы без такого охлаждения. 1 ил.

 

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

Эксплуатация выпрямительно-инверторных преобразователей на электровозах, построенных на управляемых вентилях - тиристорах, сопровождается невысоким коэффициентом мощности преобразователя в режимах выпрямителя (тяга электровоза) и инвертора (рекуперативное торможение электровоза) за счет достаточно большого угла сдвига фаз ϕ между первой гармоникой тока и напряжением в первичной обмотке тягового трансформатора электровоза. Это вызывает значительное потребление преобразователем электромагнитной (реактивной) энергии сети в режимах тяги и рекуперативного торможения электровоза.

Известны различные пути повышения коэффициента мощности преобразователя за счет уменьшения угла ϕ. Одним из путей повышения коэффициента мощности преобразователя является присоединение к его выходным (катодной и анодной) шинам специального блока на основе разрядной цепи, составленной из последовательно соединенных силового диода и тиристора, шунтированных по отдельности соответственно вторым силовым диодом и конденсатором, через которые в режиме выпрямителя разряжается реактивная энергия конденсатора и реактивная энергия, накопленная в индуктивности цепи выпрямленного тока нагрузки. Также известны различные конструкции подключения такого блока к выходным шинам преобразователя. Одной из таких конструкций является отдельное устройство в виде блока реактивных токов БРТ, расположенное рядом с преобразователем и подключенное своими выводами к анодной и катодной шинам преобразователя.

Известен силовой выпрямительно-инверторный преобразователь для транспортного средства [1 - Патент на полезную модель №176455 РФ, МПК Н02М 7/00, авторы Морев А.И., Уланов М.Д.; АОА «Электровыпрямитель» (RU). - Заявка №2017100483; Заявлено 09.01.2017; Опубл. 19.01.2018. бюл. 2], выбранный в качестве аналога и предназначенный для преобразования однофазного переменного тока в постоянный режиме тяги и для преобразования постоянного тока в однофазный переменный ток частоты 50 Гц в режиме рекуперативного торможения электровоза. Преобразователь выполнен в виде сварного каркаса из профильной стали, в котором крепятся тиристорные блоки, разрядное диодное плечо и другие вспомогательные блоки и элементы.

Он содержит сварной каркас из профильной стали, на лицевой и обратной сторонах которого установлены блоки тиристоров в количестве восьми плеч, соединенные токопроводящими шинами таким образом, что образуют четыре зоны на основе параллельных однофазных мостов, на лицевой стороне расположены разрядное силовое диодное плечо, входные контакты для подключения переменного напряжения и выходные контакты для подключения тяговых двигателей электровоза и шунтирующего их разрядного силового диодного плеча. Кроме того, на торцевых наружных и внутренних стенках каркаса установлены защитные RC-цепи, выравнивающие резисторы, блоки формирования управляющих импульсов и блоки импульсных трансформаторов, а на верхней раме каркаса закреплены клеммные блоки для подключения микропроцессорной системы управления движением электровоза и разъем для подключения выносного блока диагностики.

Достоинством данного силового выпрямительно-инверторного преобразователя является повышение эффективности работы преобразователя путем расширения его функциональных возможностей за счет обеспечения повышения коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя в результате перевода накопленной энергии индуктивности цепи выпрямленного тока в нагрузку. Этот перевод осуществляется путем шунтирования цепи выпрямленного тока разрядным силовым диодным плечом. Благодаря такому шунтированию уменьшается реактивная и увеличивается активная составляющие полной энергии переменного тока сети, выпрямляемого преобразователем для потребления тяговыми двигателями, что повышает коэффициент мощности электровоза.

Недостатком такого преобразователя является недостаточное повышение коэффициента мощности (в номинальном режиме работы выпрямителя на четвертой зоне коэффициент повышается с величины 0,84 до 0,86). Кроме того, включение разрядного силового диодного плеча при возникновении режима выпрямления и его отключение от анодной шины при прекращении этого режима и переводе преобразователя в режим инвертора производится с помощью механического силового контакта переключателя, что снижает надежность работы преобразователя.

Известен многозонный выпрямитель однофазного переменного тока [2 - Патент на полезную модель №54704 РФ, МПК Н02М 5/12, авторы С.В. Власьевский, А.К. Бабичук, О.В. Мельниченко; ДВГУПС (RU). - Заявка №2006100380/22; Заявлено 10.01.2006; Опубл. 10.07.2006. бюл. 19], выбранный в качестве аналога и предназначенный для выпрямления однофазного переменного тока в постоянный режиме тяги электровоза.

Он содержит однофазный трансформатор, шесть цепочек управляемых вентилей - тиристоров, каждая из которых состоит из двух последовательно включенных тиристоров, разрядный силовой диод и индуктивное сопротивление, включенное последовательно друг с другом, и цепь выпрямленного тока, состоящую из тягового двигателя (нагрузка), соединенного последовательно со сглаживающим реактором. Трансформатор имеет первичную обмотку и вторичную обмотку, выполненную в виде нескольких последовательно соединенных секций с равным количеством витков и выводами от каждой из них. Первичная обмотка трансформатора подключена к источнику питания, а каждый вывод секции вторичной обмотки соединен с соответствующей средней точкой цепочек управляемых вентилей. Крайние точки цепочек образуют выводы многозонного выпрямителя - анодную и катодную шины постоянного тока. Первые две цепочки тиристоров, подключенные к выводам первой секции, образуют первую зону регулирования. Вторая зона образована присоединением к первой зоне следующей секции с помощью пары соответствующих тиристоров (цепочки из двух тиристоров) и так далее аналогичным образом до пятой зоны. К анодной и катодной шинам подключены параллельно друг другу цепи выпрямленного тока и разрядного силового диода с индуктивным сопротивлением. Причем катодная шина присоединена к катоду разрядного силового диода, анод разрядного силового диода присоединен к одному выводу индуктивного сопротивления, а к его другому выводу присоединена анодная шина выпрямителя. В результате, многозонный выпрямитель на первой зоне осуществляет глубокое регулирование напряжения на тяговом двигателе, при котором в интервалы закрытого состояния тиристоров в каждом полупериоде переменного напряжения создается буферный контур разряда накопленной реактивной энергии в индукции цепи выпрямленного тока через разрядный силовой диод в нагрузку, что повышает коэффициент мощности выпрямителя. На всех остальных зонах, начиная со второй, осуществляется зонно-фазовое регулирование напряжения на тяговом двигателе с организацией одновременной основной (сетевой) коммутациии тока тиристоров. На этих зонах в начале каждого полупериода напряжения начинает проводить ток разрядный силовой диод, разряжая через себя в нагрузку, накопленную в индуктивности цепи выпрямленного тока реактивную энергию. Разряд реактивной энергии в нагрузку продолжается до тех пор, пока не откроются соответствующие тиристоры, предназначенные для работы в выбранной зоне регулирования согласно алгоритма управления, на которые подаются импульсы управления с нерегулируемой фазой α₀. Само регулирование напряжения в пределах зоны осуществляют путем подачи импульсов управления с регулируемой фазой α_р на тиристоры, аноды которых соединены с выводами секции вторичной обмотки трансформатора, образующей последующую зону и имеющей более высокий потенциал по сравнению с выводом секции, соединенной с анодами тиристоров, образующих предыдущую зону и открытых в данном полупериоде путем подачи на них импульсов управления с нерегулируемой фазой α₀. Во время открытого состояния разрядного силового диода выпрямленное напряжение выпрямителя равно нулю, что означает отсутствие возврата реактивной энергии в сеть.

Достоинством известного многозонного выпрямителя является повышение коэффициента мощности. С одной стороны, это обусловлено тем, что в выпрямителе применена одновременная коммутация тока тиристоров, которая ускоряет процесс основной коммутации, что приводит к уменьшению угла сдвига фаз ϕ. С другой стороны, в выпрямителе применено шунтирование цепи выпрямленного тока цепью из разрядного силового диода и индуктивного сопротивления, в результате чего происходит перевод реактивной энергии, накопленной в индуктивности цепи выпрямленного тока, в нагрузку, что увеличивает использование полезной энергии тяговым двигателем. При этом благодаря включению в цепь разрядного силового диода индуктивного сопротивления создается ограничение величины и интенсивности нарастания (скорости изменения) тока разряда накопленной реактивной энергии в цепи выпрямленного тока через разрядный силовой диод, что снижает вероятность пробоя диода и тем самым повышает надежность работы выпрямителя.

Недостатком такого многозонного выпрямителя является недостаточное повышение его коэффициента мощности (в номинальном режиме работы выпрямителя на четвертой зоне коэффициент повышается с величины 0,84 до 0,88).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту и достигаемому результату является устройство для повышения коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя однофазного переменного тока в режиме тяги [3 - Патент на полезную модель №192613 РФ, МПК Н02М 5/12, Н02М 7/12; авторы В.В. Семченко, С.В. Власьевский; АО «Дорожный центр внедрения Красноярской железной дороги» (RU). - Заявка №2019122752; Заявлено 12.07.2019; Опубл. 24.09.2019 бюл. 27], выбранный в качестве прототипа и предназначенный для выпрямления однофазного переменного тока в постоянный в режиме тяги электровоза.

Устройство для повышения коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя однофазного переменного тока (см. фиг. 1) выполнено в виде отдельного блока реактивных токов 4. Этот блок состоит из предохранителя F, разрядных силового диода VD1 и силового тиристора VS9, второго силового диода VD2, конденсатора С и двух выводов 5 и 6. Электрическая схема соединений элементов блока состоит в следующем. Разрядные силовой диод VD1 и силовой тиристор VS9, а также предохранитель F соединены между собой последовательно, т.е. катод разрядного силового диода VD1 соединен с анодом разрядного силового тиристора VS9, а его катод с входом предохранителя F, причем анод разрядного силового диода VD1 через вывод 6 блока реактивных токов 4 присоединен к анодной шине А, а выход предохранителя F через вывод 5 блока реактивных токов 4 присоединен к катодной шине К преобразователя 2. Параллельно разрядному силовому диоду VD1 включен конденсатор С, а встречно-параллельно разрядному силовому тиристору VS9 включен второй силовой диод VD2.

Устройство для повышения коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя однофазного переменного тока работает следующим образом. В соответствии с алгоритмом управления в выпрямительно-инверторном преобразователе в режиме выпрямителя происходит процесс открытия тиристоров плеч по четырем зонам регулирования, с помощью которого осуществляется выпрямление однофазного переменного тока сети в постоянный ток с подачей выпрямленного напряжения этого тока на тяговые двигатели. Через органы управления микропроцессорная система управления движением МСУД электровоза задает определенную величину выпрямленного напряжения соответствующей зоны регулирования. Например, на четвертой зоне выпрямленное напряжение на тяговых двигателях согласно алгоритма управления, реализованного в МСУД, создается следующим образом. В начале одного полупериода напряжения сети, например, обозначенного на фиг. 1 штриховой линией, будут открываться тиристоры плеч VS3 и VS8 после подачи на них импульсов управления с нерегулирумой фазой α₀, а затем в пределах этого полупериода будут открываться тиристоры плеча VS1 после подачи на них импульсов управления с регулируемой фазой α_р. В другом полупериоде напряжения, обозначенном на фиг. 1 сплошной линией, подобно будут работать тиристоры плеч VS4 и VS7, а затем тиристоры плеча VS2. С помощью блока реактивных токов 4 основная сетевая коммутация плеч при смене полупериодов напряжения сети разбивается на два интервала, образуя таким образом так называемую новую в технике выпрямительно-инверторных преобразователей электровозов переменного тока «основную раздельную коммутацию». Сначала с помощью напряжения конденсатора С, предварительно заряженного в начале полупериода по пунктирной стрелке при открытии тиристоров плеч VS3 и VS8, и открытия тиристора VS9 в конце этого же полупериода закрываются тиристоры плеч VS1 и VS8. В результате, образуется первый интервал основной раздельной коммутации. После него происходит интервал разряда сначала заряженного конденсатора С через тиристор VS9, а затем разряда через разрядную цепь, состоящую из силовых диода VD1 и тиристора VS9, электромагнитной энергии (реактивной энергии), накопленной в индуктивности цепи выпрямленного тока нагрузки 3. Затем в следующем полупериоде, обозначенном сплошной стрелкой, открываются тиристоры плеч VS4 и VS7 путем подачи на них импульсов управления с нерегулируемой фазой α₀. Их открытие приводит к закрытию тиристора VS9, в результате чего возникает второй интервал основной раздельной коммутации тиристоров плеч VS4, VS7 и VS9. Во время разряда через силовые тиристор VS9 и диод VD1 энергии конденсатора С и накопленной электромагнитной энергии (реактивной энергии) в индуктивности цепи выпрямленного тока нагрузки 3 соответственно, из сети через обмотки тягового трансформатора 1 электроэнергия в тяговые двигатели, расположенные в цепи выпрямленного тока 3, не поступает, а значит нет и тока в тяговом трансформаторе 1. Это приводит к значительному уменьшению угла сдвига фаз между первой гармоникой тока и напряжением в его первичной обмотке, что также значительно увеличивает коэффициент мощности выпрямительно-инверторного преобразователя 2 электровоза в режиме тяги.

Достоинством известного устройства для повышения коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя однофазного переменного тока является значительное увеличение коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя электровоза (коэффициент мощности преобразователя в режиме выпрямителя на четвертой зоне регулирования увеличивается с величины 0,84 у типовых преобразователей существующих электровозов до 0,96, что выше на 12,5%). Кроме того, также улучшаются эксплуатационные характеристики электровоза путем снижения его удельного расхода электроэнергии на тягу поездов вследствие повышения коэффициента мощности. Ожидаемый в эксплуатации средний энергетический эффект работы электровоза с известным устройством для повышения коэффициента мощности при вождении тяжеловесных грузовых поездов оценивается в снижении электровозом удельного расхода электроэнергии на тягу поездов в размере примерно на 6%.

Недостатком известного устройства для повышения коэффициента мощности является отсутствие принудительного охлаждения силовых полупроводниковых приборов в блоке реактивных токов 4, а именно разрядных силового диода VD1 и силового тиристора VS9, а также второго силового диода VD2, которые могут выйти из строя из-за перегревания по причине пропуска через них больших токов реактивной энергии в процессе их работы без такого охлаждения, что снизит надежность работы известного устройства.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является разработка отдельного конструктивного устройства с целью повышения коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя однофазного переменного тока на тиристорах, отличающегося от известных значительным повышением надежности его работы.

Технический результат, получаемый от предлагаемой полезной модели, проявляется в сохранении повышенного коэффициента мощности и повышении надежности работы блока реактивных токов за счет применения принудительного охлаждения охладителей силовых диодов и тиристора блока реактивных токов с помощью вентилятора, установленного в этой же конструкции блока реактивных токов.

Предлагается устройство для повышения коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя однофазного переменного тока, выполненное в виде блока реактивных токов, состоящего из разрядных силовых диода и тиристора, второго силового диода, конденсатора, предохранителя и двух выводов, в котором охладители силовых полупроводниковых приборов принудительно охлаждаются с помощью мотор-вентилятора, установленного в этой же конструкции блока реактивных токов, мотор которого присоединен для питания к трехфазной сети системы питания вспомогательных машин электровоза. Элементы блока реактивных токов соединены между собой таким образом, что образуют разрядную электрическую цепь из последовательно соединенных между собой силовых диода, тиристора и предохранителя, причем параллельно разрядному силовому диоду включен конденсатор, а встречно-параллельно силовому тиристору включен второй силовой диод. Первый из двух выводов блока присоединен к предохранителю, а второй к аноду разрядного силового диода. Блок реактивных токов с помощью своих выводов также подключается к катодной и анодной шинам преобразователя, причем первый его вывод подключается к катодной шине, а второй к анодной шине преобразователя.

Заявляемое техническое решение может быть признано соответствующим требованиям новизны, поскольку не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам предлагаемого объекта защиты.

Предлагаемое техническое решение можно признать имеющим изобретательский уровень, так как оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Заявляемое техническое решение соответствует требованиям промышленной применимости, так как оно предназначено для применения в модернизируемых выпрямительно-инверторных преобразователях электровозов, прошедших капитальный ремонт.

На фиг. 1 представлена упрощенная силовая схема электровоза с предлагаемым устройством для повышения коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя однофазного переменного тока и повышения надежности работы предлагаемого устройства на основе заявляемого технического решения.

Силовая схема электровоза состоит из тягового трансформатора 1 однофазного переменного тока, первичная обмотка ПО которого с выводами А-Х присоединена к сети переменного однофазного тока с напряжением U_c, а вторичная тяговая обмотка ТО в виде последовательно включенных трех секций с выводами а, 1, 2, x1 присоединена к средним точкам цепочек VS1-VS2, VS3-VS4, VS5-VS6, VS7-VS8, состоящих из двух последовательно включенных силовых тиристорных плеч, которые образуют в целом выпрямительно-инверторный преобразователь 2. В составе трех вторичных обмоток трансформатора 1 помимо тяговой обмотки ТО имеются еще две обмотки - обмотка возбуждения ОВ с выводами а2-х2 и обмотка собственных нужд ОСН с выводами а3-х3. Катоды тиристоров нечетных плеч VS1, VS3, VS5, VS7 присоединены к общей катодной шине К, а аноды тиристоров четных плеч VS2, VS4, VS6, VS8 присоединены к общей анодной шине А выпрямительно-инверторного преобразователя 2. В результате, образуется силовая схема из четырех зон на основе параллельных однофазных мостов. К катодной К и анодной А шинам присоединена цепь выпрямленного тока нагрузки 3, состоящая из сглаживающего реактора CP, последовательно соединенного с двумя параллельно включенными электрическими машинами постоянного тока ЭМ1 и ЭМ2. Эти машины в режиме тяги электровоза работают как тяговые двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. В этом случае выпрямительно-инверторный преобразователь работает в режиме выпрямителя. В режиме рекуперативного торможения электровоза машины ЭМ работают как генераторы постоянного тока с независимым возбуждением. Для обеспечения питания независимого возбуждения генераторов на вторичной обмотке тягового трансформатора предусмотрена обмотка возбуждения ОВ с выводами а2-х2, которая нагружена на выпрямительную установку возбуждения ВУВ. Эта установка выпрямляет переменный однофазный ток, поступающий на ее вход с обмотки а2-х2, в постоянный ток с выводами напряжения «+» и «-» на своем выходе, который питает независимые обмотки генераторов во время рекуперативного торможения электровоза. В этом случае выпрямительно-инверторный преобразователь работает в режиме зависимого (ведомого сетью) инвертора. К выходной шине К присоединен вывод 5, а к анодной шине А выпрямительно-инверторного преобразователя 2 присоединен вывод 6 блока реактивных токов 4. Для обеспечения принудительного охлаждения охладителей силовых полупроводниковых приборов - тиристора VS9 и диодов VD1 и VD2 блока 4, которые могут выйти из строя из-за перегревания в процессе их работы без такого охлаждения, в блоке 4 размещен моторвентилятор MB, который осуществляет такое охлаждение. MB установлен в корпусе блока реактивных токов 4 и получает питание от системы питания вспомогательных машин СПВМ электровоза напряжением 380 В трехфазного тока. СПВМ присоединена к обмотке собственных нужд ОСН с выводами а3-х3, расположенной в составе трех вторичных обмоток тягового трансформатора 1. Эта система питает все вспомогательные машины ВМ электровоза, в качестве которых применяются моторвентиляторы, моторком-прессоры и моторнасосы.

Устройство для повышения коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя однофазного переменного тока представляет собой отдельный блок реактивных токов 4, конструктивно выполненный в виде отдельного ящика прямоугольной формы. Он размещен в высоковольтной камере электровоза недалеко от самого выпрямительно-инверторного преобразователя 2 с целью достижения небольшой длины монтажных силовых проводов, соединяющих шины К и А преобразователя 2 с выводами 5 и 6 соответственно блока 4. Блок реактивных токов 4 состоит из предохранителя F, двух силовых диодов - разрядного диода VD1 и второго диода VD2, силового тиристора VS9, конденсатора С, двух выводов 5, 6. Электрическая схема соединений элементов блока 4 состоит в следующем. Силовой диод VD1, силовой тиристор VS9 и предохранитель F соединены между собой последовательно, т.е. катод диода VD1 соединен с анодом тиристора VS9, а его катод с входом предохранителя F, причем анод диода VD 1 через вывод 6 блока 4 присоединен к шине А, а выход предохранителя F через вывод 5 блока 4 присоединен к шине К преобразователя 2. Параллельно диоду VD1 включен конденсатор С, а встречно-параллельно тиристору VS9 включен второй диод VD2.

Смонтированный в отдельной конструкции ящика прямоугольной формы блок реактивных токов 4 работает следующим образом. В соответствии с алгоритмом управления в выпрямительно-инверторном преобразователе в режиме выпрямителя происходит процесс открытия тиристоров плеч по четырем зонам регулирования, с помощью которого осуществляется выпрямление однофазного переменного тока сети в постоянный ток с подачей выпрямленного напряжения этого тока на тяговые двигатели. Через органы управления микропроцессорная система управления движением МСУД электровоза задает определенную величину выпрямленного напряжения соответствующей зоны регулирования. Например, на четвертой зоне выпрямленное напряжение на тяговых двигателях согласно алгоритма управления, реализованного в МСУД, создается следующим образом. В начале одного полупериода напряжения сети, например, обозначенного на фиг. 1 штриховой линией, будут открываться тиристоры плеч VS3 и VS8 после подачи на них импульсов управления с нерегулирумой фазой α₀, а затем в пределах этого полупериода будут открываться тиристоры плеча VS1 после подачи на них импульсов управления с регулируемой фазой α_р. В другом полупериоде напряжения, обозначенном на фиг. 1 сплошной линией, подобно будут работать тиристоры плеч VS4 и VS7, а затем тиристоры плеча VS2. С помощью блока реактивных токов 4 основная сетевая коммутация плеч при смене полупериодов напряжения сети разбивается на два интервала, образуя таким образом так называемую новую в технике выпрямительно-инверторных преобразователей электровозов переменного тока «основную раздельную коммутацию».

Рассмотрим образование этой коммутации. В начале полу периода напряжения, обозначенном на фиг. 1 пунктирной линией, при открытии тиристоров плеч VS3 и VS8, а затем и открытии плеча VS1, который путем регулируемой коммутации заменит плечо VS3, заряжается конденсатор С до амплитудного значения выпрямленного напряжения преобразователя. Затем с помощью напряжения уже заряженного конденсатора С и открытия тиристора VS9 в конце этого же полупериода закрываются тиристоры плеч VS1 и VS8. В результате, образуется первый интервал основной раздельной коммутации. После него происходит интервал разряда сначала заряженного конденсатора С через тиристор VS9, а затем интервал разряда электромагнитной энергии (реактивной энергии), накопленной в индуктивности цепи выпрямленного тока нагрузки 3, через разрядную цепь, состоящую из силовых диода VD1 и тиристора VS9. Затем в следующем полупериоде, обозначенном сплошной стрелкой, открываются тиристоры плеч VS4 и VS7 путем подачи на них импульсов управления с нерегулируемой фазой α₀. Их открытие приводит к закрытию тиристора VS9, в результате чего возникает второй интервал основной раздельной коммутации тиристоров плеч VS4, VS7 и VS9. Во время разряда через силовой тиристор VS9 энергии конденсатора С и через силовые тиристор VS9 и диод VD1 накопленной электромагнитной энергии (реактивной энергии) в индуктивности цепи выпрямленного тока нагрузки 3 из сети через обмотки тягового трансформатора 1 электроэнергия в тяговые двигатели 3 не поступает, а значит нет и тока в тяговом трансформаторе 1. Это приводит к значительному уменьшению угла сдвига фаз между первой гармоникой тока и напряжением в его первичной обмотке ПО, что также значительно увеличивает коэффициент мощности выпрямительно-инверторного преобразователя 2 электровоза.

Предложенная схема устройства для повышения коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя 2 позволяет осуществить шунтирование цепи выпрямленного тока нагрузки 3 с помощью блока реактивных токов 4, при которой одновременно решаются две задачи: перевод реактивных энергий конденсатора С и цепи выпрямленного тока 3 в тяговые двигатели (нагрузку) и организация основной раздельной коммутации тиристоров плеч выпрямительно-инверторного преобразователя 2. Благодаря такому шунтированию уменьшается реактивная составляющая полной мощности переменного тока сети, поступающей в электровоз, и увеличивается активная составляющая (полезная мощность) полной мощности в месте ее потребления тяговыми двигателями, что увеличивает коэффициент мощности электровоза. Испытания предложенного устройства совместно с выпрямительно-инверторным преобразователем 2 на стенде мощностью 20 кВт в локомотивном депо Боготол показали существенное увеличение коэффициента мощности преобразователя в режиме выпрямителя на четвертой зоне регулирования с величины 0,84 у типовых преобразователей существующих электровозов до 0,96, что выше на 12,5%.

Предложенное техническое решение устройства для повышения коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя позволяет осуществить выше описанные процессы его работы, результатом которых является повышение коэффициента мощности, а также улучшение эксплуатационных характеристик электровоза путем снижения его удельного расхода электроэнергии на тягу поездов вследствие повышения коэффициента мощности. Кроме того, повышается надежность работы блока реактивных токов благодаря введению с помощью моторвентилятора MB принудительного охлаждения охладителей силовых полупроводниковых приборов - тиристора VS9 и диодов VD 1 и VD2, которые могут выйти из строя из-за перегревания в процессе их работы без такого охлаждения. MB устанавливается в корпусе блока реактивных токов и получает питание от системы питания вспомогательных машин СПВМ электровоза напряжением 380 В трехфазного тока. Эта система питает все вспомогательные машины ВМ электровоза, которыми являются моторвентиляторы, моторкомпрессоры и моторнасосы. Ожидаемый в эксплуатации средний энергетический эффект работы электровоза с предложенным блоком реактивных токов при вождении тяжеловесных грузовых поездов оценивается в снижении электровозом удельного расхода электроэнергии на тягу поездов в размере примерно на 6%.

Устройство для повышения коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя однофазного переменного тока, выполненное в виде блока реактивных токов, состоящего из разрядных силового диода и тиристора, второго силового диода, конденсатора, предохранителя и двух выводов, подключенных к катодной и анодной шинам преобразователя, через которые блок подключен к цепи выпрямленного тока нагрузки и входит в состав силовой схемы электровоза переменного тока, содержащей однофазный тяговый трансформатор с первичной и тремя вторичными обмотками, из которых тяговая обмотка на основе трех секций подключена к выпрямительно-инверторному преобразователю из четырех зон на основе параллельных однофазных мостов, обмотка возбуждения подключена к выпрямительной установке возбуждения, через которую питает систему возбуждения электрических машин постоянного тока, обмотка собственных нужд подключена к системе питания вспомогательных машин электровоза, через которую питает трехфазные асинхронные двигатели переменного тока напряжением 380 В, вращающие вспомогательные машины электровоза, цепь выпрямленного тока нагрузки, состоящая из сглаживающего реактора, последовательно соединенного с двумя параллельно включенными электрическими машинами постоянного тока, отличающееся тем, что с целью повышения коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя и надежности работы данного устройства в блок реактивных токов включен дополнительно мотор-вентилятор, предназначенный для принудительного охлаждения охладителей силовых двух диодов и тиристора блока и подключенный для питания к трехфазной сети напряжением 380 В системы питания вспомогательных машин электровоза, а сам блок реактивных токов выполнен в виде отдельной конструкции ящика прямоугольной формы, расположенного рядом возле выпрямительно-инверторного преобразователя.