ПРИВОДНАЯ СИСТЕМА И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК H02H7/06 H02H7/08 

ОПИСАНИЕ

Изобретение относится к приводной системе с выпрямителем тока привода, синхронной электрической машиной с постоянным возбуждением и управляющим устройством, причем синхронная электрическая машина с постоянным возбуждением со стороны выводов соединена посредством соединительных проводников с выводами выпрямителя тока привода, причем в, по меньшей мере, двух соединительных проводниках размещены соответствующие полупроводниковые переключатели, которые со стороны управления связаны с соответствующими управляющими выходами управляющего устройства, и причем управляющее устройство со стороны входа соединено с выходом ошибки, а со стороны выхода - с управляющими входами выпрямителя тока привода, а также к способу управления этой приводной системой.

Подобная приводная система известна из ЕР 0 718 143 А1, в частности показана на фиг.1. На основе этой фиг.1 приводная система описывается более подробно. На фиг.1 выпрямитель тока привода обозначен ссылочной позицией 3, синхронная электрическая машина с постоянным возбуждением обозначена ссылочной позицией 5, управляющее устройство обозначено ссылочной позицией 4А, и переключатели в, по меньшей мере, двух соединительных проводниках u и w обозначены ссылочными позициями 6а и 6b. В качестве выпрямителя тока привода предусмотрен автономный вентильный преобразователь, который в качестве вентиля выпрямителя тока имеет, соответственно, параллельную схему из отключаемого тиристора 3а, 3b, 3с, 3d, 3е и 3f и гасящий диод 31. Каждый гасящий диод 31 включен электрически антипараллельно к отключаемому тиристору 3а, 3b, 3с, 3d, 3е и 3f. Отключаемые тиристоры 3а, 3b, 3с, 3d, 3е и 3f известны так же как GTO-тиристоры (запираемые (двухоперационные) тиристоры). Выпрямитель 3 тока привода работает в приводной системе по фиг.1 как инвертор (преобразователь постоянного тока в переменный), так что из постоянного напряжения, существующего на стороне постоянного напряжения, на стороне переменного напряжения генерируются три переменных напряжения.

Управляющее устройство 4А со стороны выхода связано с управляющими входами выпрямителя 3 тока привода и обоими переключателями 6а и 6b. Со стороны входа это управляющее устройство 4А, с одной стороны, связано с не показанным детально датчиком, который смонтирован в выпрямителе 3 тока привода, и с другой стороны, с не показанным подробно датчиком роторного подшипника. Тем самым сигнал Р от выпрямителя 3 тока привода и сигнал R от датчика роторного подшипника подаются к управляющему устройству 4А. Это управляющее устройство 4А генерирует управляющие сигналы С для отключаемых тиристоров 3а, 3b, 3с, 3d, 3е и 3f каждого вентиля преобразователя тока выпрямителя 3 тока привода и управляющие сигналы а2 для обоих переключателей 6а и 6b.

Со стороны постоянного напряжения этот выпрямитель 3 тока привода электропроводно соединен плюсом через защиту 2 мощности с токосъемником 1, а минусом - с опорным потенциалом (потенциалом земли). В случае этой представленной приводной системы речь идет о приводной системе для электрического транспортного средства, в частности рельсового транспортного средства.

Если один или несколько из отключаемых тиристоров 3а, 3b, 3с, 3d, 3е и/или 3f обнаруживают некорректное функционирование, этот выпрямитель тока привода больше не может предоставить напряжение на выводах синхронной электрической машины 5 с постоянным возбуждением. Так как в случае синхронной электрической машины 5 с постоянным возбуждением речь идет о приводном двигателе, например, железнодорожного транспортного средства, и это транспортное средство приводится в движение по рельсам, то эта синхронная электрическая машина 5 с постоянным возбуждением работает в режиме генератора. Тем самым синхронная электрическая машина 5 с постоянным возбуждением в режиме работы генератора вызывает ток короткого замыкания в подключенных соединительных проводниках u, v и w и соответствующих полупроводниках 3а, 3b, 3с, 3d, 3е и 3f преобразовательных вентилей выпрямителя 3 тока привода. За счет этого полупроводники 3а, 3b, 3с, 3d, 3е и 3f и синхронная электрическая машина 5 с постоянным возбуждением нагреваются недопустимым образом.

Для того чтобы никакой ток короткого замыкания не мог протекать указанным образом, оба переключателя 6а и 6b размещены в соединительных проводниках u и w. Как только полупроводник 3а, 3b, 3с, 3d, 3е и 3f преобразовательного вентиля выпрямителя 3 тока привода обнаруживает некорректное функционирование, это состояние посредством сигнала Р сообщается управляющему устройству 4А. Последний генерирует затем сигнал а2, посредством которого переключатели 6а и 6b, которые во время нормального режима работы закрыты, открываются.

Из документа ЕР 0718143 А1 можно также видеть, что в качестве переключателей 6а и 6b могут предусматриваться также полупроводниковые переключатели. Однако каким образом такой полупроводниковый переключатель может быть выполнен, не раскрывается в вышеуказанной европейской выложенной заявке.

Таким образом, задачей изобретения является предложить форму выполнения для такого полупроводникового переключателя, чтобы получить простым образом управляемую схему защиты для преобразователя привода этой приводной системы.

Эта задача решается в соответствии с изобретением признаками отличительной части пункта 1 формулы изобретения.

За счет того, что в качестве полупроводникового переключателя предусмотрен соответствующий управляемый асимметрично запирающий полупроводниковый переключатель, который размещен во всех соединительных проводниках между выпрямителем тока привода и синхронной электрической машиной с постоянным возбуждением, должен генерироваться только один управляющий сигнал, который подается на все полупроводниковые переключатели.

Если в качестве управляемого асимметрично запирающего полупроводникового переключателя предусмотрен тиристор с антипараллельно включенным диодом, то управление упрощается таким образом, что в случае ошибки больше не должен генерироваться никакой управляющий сигнал. Как только ток, протекающий через тиристор, который проводящим образом больше не управляется, переходит через нуль, этот тиристор запирается и размыкает соответствующий путь тока. Таким образом, в случае неисправности не возникают никакие потери в управляемых асимметрично запирающих полупроводниковых переключателях.

В предпочтительной форме выполнения приводной системы имеющиеся управляемые асимметрично запирающие полупроводниковые переключатели размещены в выпрямителе тока привода, в частности теплопроводным образом соединены с его охлаждающей системой. Тем самым гарантируется охлаждение полупроводников каждого управляемого асимметрично запирающего полупроводникового переключателя.

За счет применения тиристора и антипараллельно к нему включенного диода в качестве управляемого асимметрично запирающего полупроводникового переключателя требуется только один периодический управляющий сигнал для тиристора. В нормальном режиме работы тиристор включен в проводящем состоянии, так что он для каждой отрицательной полуволны напряжения на выводах и соответствующий антипараллельно включенный диод для каждой положительной полуволны этого напряжения на выводах является проводящим. То есть соединительные проводники между выпрямителем тока привода и синхронной электрической машиной с постоянным возбуждением, которые содержат управляемый асимметрично запирающий полупроводниковый переключатель, являются соединенными сквозным образом. В случае ошибки следует заботиться о том, чтобы синхронная электрическая машина с постоянным возбуждением в режиме работы генератора не могла больше вызывать никакого тока короткого замыкания в соединительных проводниках к выпрямителю тока привода и обратно к синхронной электрической машине с постоянным возбуждением. Это достигается тем, что только прекращается действие периодического управляющего сигнала для тиристоров управляемых асимметрично запирающих полупроводниковых переключателей, размещенных в каждом соединительном проводнике. В простейшем случае этот периодический управляющий сигнал даже в случае неисправности не генерируется. Если проводящий тиристор больше не управляет каждым имеющимся управляемым асимметрично запирающим полупроводниковым переключателем, то последний запирается, как только ток, протекающий через такой тиристор, переходит через нуль. Таким образом, может быть получена очень простая для управления защитная схема для выпрямителя тока привода.

Для дальнейшего пояснения изобретения ссылки даются на чертежи, на которых представлена форма выполнения приводной системы согласно изобретению.

Фиг.1 показывает блок-схему известной приводной системы.

Фиг.2 представляет блок-схему приводной системы согласно изобретению.

По сравнению с формой выполнения по фиг.1 соответствующая изобретению форма выполнения приводной системы по фиг.2 содержит в качестве полупроводниковых переключателей управляемые асимметрично запирающие полупроводниковые переключатели 8. Каждый управляемый асимметрично запирающий полупроводниковый переключатель 8 содержит тиристор 10 и диод 12, который включен антипараллельно тиристору 10. Этот управляемый асимметрично запирающий полупроводниковый переключатель 8 размещен, соответственно, таким образом в соединительных проводниках u, v и w между выпрямителем 3 тока привода и синхронной электрической машиной 5 с постоянным возбуждением, что диоды 12 являются проводящими для положительных полуволн, а тиристоры 10 - для отрицательных полуволн напряжения на выводах генерируемого выпрямителем 3 тока привода.

Во время режима работы без сбоев выпрямителя 3 тока привода тиристоры 10 управляющих асимметрично запирающих полупроводниковых переключателей 8 периодически управляются. Для этого в управляющем устройстве 4А генерируется управляющий сигнал S_Th. С помощью этого периодического управления каждого тиристора 10 выпрямитель 3 тока привода электропроводно связан с синхронной электрической машиной 5 с постоянным возбуждением. В случае сбоя, то есть когда выпрямитель 3 тока привода генерирует сигнал Р ошибки, управляющие сигналы S_Th тиристоров 10 подавляются, так что эти тиристоры 10 при следующем переходе через нуль протекающего тока запираются. Управляющие сигналы S_Th подавляются за счет того, что они в случае неисправности больше не генерируются. За счет запирания тиристоров 10 всех управляемых асимметрично запирающих полупроводниковых переключателей 8 в соединительных проводниках u, v и w больше не существует путь тока, который мог бы проводить ток короткого замыкания от синхронной электрической машины 5 с постоянным возбуждением к выпрямителю 3 тока привода и назад к синхронной электрической машине 5 с постоянным возбуждением. В случае ошибки, при соответствующем изобретению выполнении полупроводниковых переключателей больше не требуется управляющий сигнал, чтобы выключить их.

На управляющее устройство 4А согласно фиг.2 подается напряжение питания U_V. Последнее может по каким-либо причинам пропасть. Даже в этом случае тиристоры 10 больше не управляются периодическим управляющим сигналом S_Th, так как управляющее устройство 4А из-за отсутствующего напряжения питания U_V не является работоспособным. Таким образом, защитная схема этой приводной системы сама переходит в безопасное состояние (отсоединение от выпрямителя 3 тока привода и синхронной электрической машины 5 с постоянным возбуждением).

Так как эти тиристоры 10 имеющихся управляемых асимметрично запирающих полупроводниковых переключателей 8 только в режиме работы без помех выпрямителя 3 тока привода включаются в проводящее состояние, потери возникают только во время режима работы без помех выпрямителя 3 тока привода. Чтобы эти тиристоры 10 охлаждать, они встроены в выпрямитель 3 тока привода. То есть эти тиристоры 10 связаны теплопроводным способом с охлаждающей системой, в частности с радиатором преобразовательных вентилей выпрямителя 3 тока привода. Тем самым охлаждение управляемых асимметрично запирающих полупроводниковых переключателей 8 гарантируется в нормальном режиме работы приводной системы. В случае неисправности выпрямителя 3 тока привода, которая может также представлять собой отказ охлаждающей системы, в защитной схеме не возникает никаких потерь.

Изобретение относится к электротехнике, конкретно к приводной системе с выпрямителем тока привода, синхронной электрической машине с постоянным возбуждением и управляющим устройством. Технический результат заключается в форме выполнения для такого полупроводникового переключателя, чтобы получить простым образом управляемую схему защиты для преобразователя привода этой приводной системы. Для этого синхронная электрическая машина с постоянным возбуждением со стороны выводов соединена посредством соединительных проводников (u, v, w) с выводами выпрямителя (3) тока привода, причем в, по меньшей мере, двух соединительных проводниках (u, w) размещены соответствующие полупроводниковые переключатели, которые со стороны управления связаны с соответствующим управляющим выходом управляющего устройства (4А), и причем управляющее устройство (4А) со стороны входа соединено с выходом сигнала (Р) ошибки, а со стороны выхода - с управляющими входами выпрямителя (3) тока привода. В соответствии с изобретением в качестве полупроводникового переключателя предусмотрен соответствующий управляемый асимметрично запирающий полупроводниковый переключатель (8), который размещен в каждом соединительном проводнике (u, v, w) между выпрямителем (3) тока привода и синхронной электрической машиной (5) с постоянным возбуждением. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Приводная система с выпрямителем (3) тока привода, синхронной электрической машиной (5) с постоянным возбуждением и управляющим устройством (4А), причем синхронная электрическая машина (5) с постоянным возбуждением со стороны выводов электропроводно соединена посредством соединительных проводников (u, v, w) с выходами выпрямителя (3) тока привода, причем в, по меньшей мере, двух соединительных проводниках (u, w) размещены соответствующие полупроводниковые переключатели, которые со стороны управления связаны с соответствующим управляющим выходом управляющего устройства (4А), и причем управляющее устройство (4А) со стороны входа соединено с выходом сигнала (Р) ошибки, а со стороны выхода - с управляющими входами выпрямителя (3) тока привода, отличающаяся тем, что в каждом соединительном проводнике (u, v, w) между выпрямителем (3) тока привода и синхронной электрической машиной (5) с постоянным возбуждением в качестве полупроводникового переключателя предусмотрен соответствующий управляемый асимметрично запирающий полупроводниковый переключатель (8), содержащий тиристор (10) с антипараллельно включенным диодом (12), причем каждый тиристор (10) со стороны анода и каждый диод (12) со стороны катода связаны с выводом синхронной электрической машины (5) с постоянным возбуждением.

2. Приводная система по п.1, отличающаяся тем, что асимметрично запирающий полупроводниковый переключатель (8) размещен в выпрямителе (3) тока привода.

3. Приводная система по п.2, отличающаяся тем, что асимметрично запирающие полупроводниковые переключатели (8) теплопроводным образом соединены с охлаждающей системой выпрямителя (3) тока привода.

4. Способ управления приводной системы по п.1, отличающийся тем, что во время режима работы выпрямителя (3) тока привода каждый тиристор (10) имеющихся асимметрично запирающих полупроводниковых переключателей (8) периодически управляется.

5. Способ управления приводной системы по п.1, отличающийся тем, что в случае неисправности выпрямителя (3) тока привода тиристоры (10) имеющихся асимметрично запирающих полупроводниковых переключателей (8) больше не управляются.