ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОДНОФАЗНО-ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2015 года по МПК H02M7/00 H02M7/162 

Изобретение относится к области электрифицированного железнодорожного транспорта и предназначено для электровозов переменного тока с плавным регулированием напряжения.

Общеизвестно, преобразователь однофазно-постоянного тока имеет достаточно высокое значение коэффициента полезного действия и низкий показатель среднего значения выпрямленного напряжения, что обуславливает высокое энергопотребление двигателя.

Одна из проблем существующих электровозов с зонно-фазным регулированием заключается в снижении энергопотребления двигателя за счет повышения среднего значения выпрямленного напряжения.

Известен преобразователь однофазно-постоянного тока [Электровоз ЭП-1: Руководство по эксплуатации Новочеркаск.: Новочеркасский электровозостроительный завод, 2006, - 580 с.], основанный на принципе зонно-фазного регулирования.

Преобразователь однофазно-постоянного тока содержит тяговый трансформатор, выпрямительно-инверторный преобразователь, нагрузку, состоящую из последовательно соединенных двигателя и индуктивного сопротивления.

Тяговый трансформатор представляет собой одну первичную и три секции I, II, III вторичной обмотки.

Выпрямительно-инверторный преобразователь содержит восемь плеч, образующих мостовую схему, представленную четырьмя параллельно соединенными цепочками вентилей.

Каждая цепочка состоит из пары плеч, соединенных последовательно в общей точке. Каждое плечо выпрямительно-инверторного преобразователя представляет собой последовательно соединенные два тиристора.

Выводы каждой секции вторичной обмотки трансформатора подсоединены к соответствующим общим точкам последовательно соединенных плеч, которые являются входом ВИП. При этом секция I вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам первой и второй цепочки, секция II вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам второй и третьей цепочки, секция III вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам третьей и четвертой цепочки.

Выпрямительно-инверторный преобразователь обеспечивает четыре зоны регулирования. При этом первая зона регулирования образована секцией II вторичной обмотки трансформатора, второй и третьей цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя. Вторая зона регулирования образована I и II секцией вторичной обмотки трансформатора и первой, второй, третьей цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя. Третья зона регулирования образована I, II и III секцией вторичной обмотки трансформатора и первой, второй, четвертой цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя.

Последовательно соединенные индуктивное сопротивление и двигатель подключены параллельно к выпрямительно-инверторному преобразователю в точках соединения цепочек преобразователя.

Для управления выпрямительно-инверторным преобразователем к управляющим входам тиристоров плеч выпрямительно-инверторного преобразователя подключен блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем.

Преобразователь однофазно-постоянного тока работает следующим образом.

Трансформатор передает переменное напряжение вторичной обмотки необходимого уровня на вход выпрямительно-инверторного преобразователя.

Подключение секций вторичной обмотки трансформатора осуществляется открытием соответствующих плеч выпрямительно-инверторного преобразователя в выпрямительном и инверторном режимах в соответствии алгоритмом работы блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя.

Блок управления выпрямительно-инверторного преобразователя в соответствии с заданным алгоритмом подает на тиристоры преобразователя управляющие импульсы.

При обеспечении работы в выпрямительном и инверторном режимах используют четыре типа управляющих импульсов:

1) нерегулируемые импульсы а, подаваемые в начале полупериода, фаза которых соответствует минимальному углу открытия тиристоров, равным α₀=4,5 эл.град;

2) нерегулируемые импульсы α_0з, подаваемые в начале полупериода, но задержанные по фазе для исключения неоткрытия плеч;

3) регулируемые по фазе импульсы α_рег, предназначенные для плавного подключения вторичной обмотки трансформатора;

4) импульсы β, подаваемые на тиристоры выпрямительно-инверторного преобразователя в режиме рекуперации.

Под воздействием управляющих импульсов открываются тиристоры плеч выпрямительно-инверторного преобразователя. Для открытия тиристоров выпрямительно-инверторного преобразователя требуется некоторый уровень напряжения между его анодом и катодом. Поскольку управляющие импульсы α₀ и α_0з, подаются на тиристоры в начале полупериода, открытие тиристоров выпрямительно-инверторного преобразователя импульсами α₀ и α_0з, осуществляется с некоторой задержкой относительно начала полупериода сетевого напряжения, при котором достигается необходимый для их открытия уровень напряжения между анодом и катодом. В результате, на интервале от 0 до α₀ выпрямленное напряжение имеет отрицательную полярность, что негативно влияет на среднее значение выпрямленного напряжения. Задержка открытия тиристоров в известном выпрямительно-инверторном преобразователе определяется углом α₀=9 эл.град, который гарантирует открытие плеч выпрямительно-инверторного преобразователя.

Открытие соответствующих плеч выпрямительно-инверторного преобразователя приводит к подключению секций I, II, III вторичной обмотки трансформатора в зависимости от зоны регулирования.

Первая зона в режиме тяги.

На первой зоне регулирования в работе находятся вторая и третья цепочки выпрямительно-инверторного преобразователя. В соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя на тиристоры этих цепочек подаются регулируемые по фазе импульсы α_рег, нерегулируемые по фазе импульсы α₀ и задержанные по фазе импульсы α_0з. Причем импульсы α_рег, регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения. После открытия тиристоров соответствующих плеч второй и третьей цепочек выпрямительно-инверторного преобразователя через соответствующие плечи преобразователя протекает ток. На выходе ВИП формируется выпрямленное напряжение секции 1 вторичной обмотки трансформатора, которое имеет на интервале от 0 до α₀ отрицательную полярность, поступающее на двигатель электровоза. Наличие значений с отрицательной полярностью в форме выпрямленного напряжения на интервале времени от 0 до α₀=9 эл.град снижает величину среднего значение выпрямленного напряжения.

Вторая зона в режиме тяги.

На второй зоне регулирования в работе находятся первая, вторая и третья цепочка выпрямительно-инверторного преобразователя. В соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя на тиристоры этих цепочек подаются такие же по значению, как на первой зоне регулирования, регулируемые по фазе импульсы α_рег, нерегулируемые по фазе импульсы α₀ и задержанные по фазе импульсы а_0з,. На второй зоне регулирования импульсы α_рег, также регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения. После открытия тиристоров соответствующих плеч первой, второй и третьей цепочек выпрямительно-инверторного преобразователя через соответствующие плечи преобразователя протекает ток. На выходе ВИП формируется выпрямленное напряжение секции I и II вторичной обмотки трансформатора, которое имеет на интервале от 0 до α₀ отрицательную полярность, поступающее на двигатель электровоза. Среднее значение выпрямленного напряжения за счет значений с отрицательной полярностью в форме выпрямленного напряжения остается недостаточно высоким.

Кроме того в режиме тяги на всех зонах регулирования индуктивное сопротивление в цепи нагрузки снижает уровень пульсаций выпрямленного тока, обусловленных пульсациями в сети, до приемлемой для работы двигателя величины.

Аналогично производится управление полупроводниковыми плечами выпрямительно-инверторного преобразователя на третьей и четвертой зонах регулирования.

Таким образом, на всех зонах регулирования среднее значение выпрямленного напряжения за счет значений с отрицательной полярностью в форме выпрямленного напряжения является недостаточно высоким.

Достоинство известного устройства заключается в высоком значении коэффициента полезного действия электровоза, что обусловлено плавным регулированием напряжения, обеспечивающим высокие пусковые характеристики и полное использование максимальной силы тяги по сцеплению.

Недостатком известного устройства является низкое значение коэффициента мощности преобразователя электровоза, обусловленное большим значением угла открытия тиристоров α₀=9 эл. градусов. Только при α₀=9 эл. градусов в известном устройстве обеспечивается гарантированное открытие тиристоров ВИП. Значение угла в α₀=9 эл. градусов является значительным. Большое значение угла открытия тиристоров приводит к изменению направления тока в первичной обмотке трансформатора с большой задержкой относительно напряжения, измеряемой углом сдвига φ. Большой угол сдвига φ между питающим напряжением и первой гармоникой потребляемого тока приводит к снижению значения cos φ, соответственно, к снижению коэффициента мощности преобразователя электровоза к_м.

Другим недостатком известного устройства является высокое энергопотребления двигателя. Это обусловлено тем, что среднее значение выпрямленного напряжения на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя является недостаточно высоким за счет большого значения угла открытия тиристоров α₀=9 эл. градусов. В течение длительного интервала времени от 0 до α₀ выпрямленное напряжение имеет отрицательную полярность, что снижает среднее значение выпрямленного напряжения.

Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков является преобразователь однофазно-постоянного тока [Патент №236860, МПК Н02М 7/162. Преобразователь однофазно-постоянного тока // Кулинич Ю.М. Опубл. 20.09.2009. Бюл. №], основанный на принципе зонно-фазного регулирования.

Преобразователь однофазно-постоянного тока содержит тяговый трансформатор, выпрямительно-инверторный преобразователь, нагрузку, состоящую из последовательно соединенных двигателя и индуктивного сопротивления.

Тяговый трансформатор представляет собой одну первичную и три секции I, II, III вторичной обмотки.

Выпрямительно-инверторный преобразователь содержит восемь плеч, образующих мостовую схему, представленную четырьмя параллельно соединенными цепочками вентилей. Каждая цепочка состоит из пары плеч, соединенных последовательно в общей точке. Каждое плечо выпрямительно-инверторного преобразователя представляет собой последовательно соединенные тиристор и диод.

Выводы каждой секции вторичной обмотки трансформатора подсоединены к соответствующим общим точкам последовательно соединенных плеч, которые являются входом выпрямительно-инверторного преобразователя. При этом секция I вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам первой и второй цепочки, секция II вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам второй и третьей цепочки, секция III вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам третьей и четвертой цепочки.

Выпрямительно-инверторный преобразователь обеспечивает четыре зоны регулирования. При этом первая зона регулирования образована секцией II вторичной обмотки трансформатора, второй и третьей цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя. Вторая зона регулирования образована I и II секцией вторичной обмотки трансформатора и первой, второй, третьей цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя. Третья зона регулирования образована II и III секцией вторичной обмотки трансформатора и второй, третьей и четвертой цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя. Четвертая зона регулирования образована I, II и III секцией вторичной обмотки трансформатора и первой, второй, четвертой цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя.

Для управления выпрямительно-инверторным преобразователем к управляющим входам тиристоров плеч выпрямительно-инверторного преобразователя подключен блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем.

Последовательно соединенные индуктивное сопротивление и двигатель (нагрузка) подключены параллельно к выпрямительно-инверторному преобразователю в точках соединения цепочек преобразователя.

Преобразователь однофазно-постоянного тока работает следующим образом.

Тяговый трансформатор передает переменное напряжение вторичной обмотки необходимого уровня в зависимости от зоны регулирования на вход выпрямительно-инверторного преобразователя.

Одновременно с этим на тиристоры выпрямительно-инверторного преобразователя подаются управляющие импульсы с блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя в соответствии с заданным алгоритмом, обеспечивающие очередность открытия плеч выпрямительно-инверторного преобразователя в выпрямительном и инверторном режимах.

При обеспечении работы в выпрямительном и инверторном режимах блоком управления выпрямительно-инверторного преобразователя подаются четыре типа управляющих импульсов:

5) нерегулируемые импульсы α₀, подаваемые в начале полупериода, фаза которых соответствует минимальному углу открытия тиристоров, равным α₀=4,5 эл.град;

6) нерегулируемые импульсы α_0з, подаваемые в начале полупериода, но задержанные по фазе для исключения неоткрытия плеч;

7) регулируемые по фазе импульсы α_рег, предназначенные для плавного подключения вторичной обмотки трансформатора;

8) импульсы β, подаваемые на тиристоры выпрямительно-инверторного преобразователя в режиме рекуперации.

Первая зона регулирования.

На первой зоне регулирования в работе находятся вторая и третья цепочки вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя.

В первый полупериод сетевого напряжения на один тиристор третьей цепочки вентилей подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α₀=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя.

На один тиристор подается все прямое напряжение вторичной обмотки трансформатора, напряжение между его анодом и катодом увеличивается, что позволяет открыть тиристор минимальным углом открытия тиристоров. При угле, равном α₀=4,5 эл. град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора.

Одновременно с этим на один тиристор второй цепочки вентилей подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подается управляющий импульс α_рег, причем импульсы α_рег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения. Тиристоры второй и третьей цепочек переходят в проводящее состояние, что приводит к формированию на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя выпрямленного напряжения секции II вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀, которое поступает на нагрузку. При этом среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀=4,5 эл. градусов.

Во второй полупериод сетевого напряжения на другой тиристор плеча второй цепочки вентилей подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α₀=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя. На один тиристор подается все прямое напряжение вторичной обмотки трансформатора, напряжение между его анодом и катодом увеличивается, что позволяет открыть тиристор минимальным углом открытия тиристоров. При угле, равном α₀=4,5 эл. град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора.

Одновременно с этим на другой тиристор третьей цепочки вентилей подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки трансформатора, а на его управляющий вход подается регулируемый по фазе управляющий импульс α_рег, причем импульсы α_рег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения.

Соответствующие тиристоры второй и третьей цепочек переходят в проводящее состояние, что приводит к формированию на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя выпрямленного напряжения секции II вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀, которое поступает на нагрузку. При этом среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀=4,5 эл. градусов.

В результате, выпрямленное напряжение на интервале времени от 0 до α₀ в каждом полупериоде имеет отрицательную полярность, определяемую значением угла =4,5 эл. град. Наличие значений с отрицательной полярностью негативно влияет на среднее значение выпрямленного напряжения с выхода ВИП.

Вторая зона регулирования.

На второй зоне регулирования в работе находятся первая, вторая и третья цепочки вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя.

В первый полупериод сетевого напряжения на один тиристор третьей цепочки вентилей подается переменное напряжение первой 1 и второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α₀=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя.

На один тиристор подается все прямое напряжение вторичной обмотки трансформатора, напряжение между его анодом и катодом увеличивается, что позволяет открыть тиристор минимальным углом открытия тиристоров. При угле, равном α₀=4,5 эл. град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора.

Одновременно с этим на один тиристор первой цепочки вентилей подается переменное напряжение первой I и второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подается управляющий импульс α_рег, причем импульсы α_рег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения.

Одновременно с этим один тиристор второй цепочки вентилей подается переменное напряжение первой I и второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подается управляющий импульс α_0з Причем, открытие данного тиристора необходимо для гарантированного открытия тиристора первой цепочки вентилей.

Тиристоры первой и третьей цепочек переходят в проводящее состояние, что приводит к формированию на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя выпрямленного напряжения первой I и второй II секции вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀, которое поступает на нагрузку. При этом среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀=4,5 эл. градусов.

Во второй полупериод сетевого напряжения на другой тиристор плеча третьей цепочки вентилей подается переменное напряжение первой I и второй секции II вторичной обмотки трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α₀=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя. На один тиристор подается все прямое напряжение вторичной обмотки трансформатора, напряжение между его анодом и катодом увеличивается, что позволяет открыть тиристор минимальным углом открытия тиристоров. При угле, равном α₀=4,5 эл. Град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора.

Одновременно с этим на другой тиристор первой цепочки вентилей подается переменное напряжение первой I и второй секции II вторичной обмотки трансформатора, а на его управляющий вход подается регулируемый по фазе управляющий импульс α_рег, причем импульсы α_рег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения.

Одновременно с этим на другой тиристор второй цепочки вентилей подается переменное напряжение первой I и второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подается управляющий импульс α_0з Причем, открытие данного тиристора необходимо для гарантированного открытия тиристора первой цепочки вентилей.

Соответствующие тиристоры второй и третьей цепочек переходят в проводящее состояние, что приводит к формированию на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя выпрямленного напряжения первой 1 и второй секции II вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀, которое поступает на нагрузку. При этом среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀=4,5 эл. град.

В результате, выпрямленное напряжение на интервале времени от 0 до α₀ в каждом полупериоде имеет отрицательную полярность, определяемую значением угла . Наличие значений с отрицательной полярностью негативно влияет на среднее значение выпрямленного напряжения с выхода ВИП.

В выпрямленном напряжении имеются пульсации, обусловленные пульсациями в сети, причем индуктивное сопротивления в цепи нагрузки уменьшает уровень пульсаций выпрямленного тока до приемлемой для работы двигателя величины на протяжении всех зон регулирования напряжения.

Аналогично производится управление полупроводниковыми плечами выпрямительно-инверторного преобразователя на третьей и четвертой зонах регулирования.

Использование известного устройства преобразователя однофазно-постоянного тока позволяет повысить значение коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя за счет уменьшения значения угла открытия тиристоров α₀ до 4,5 эл. град, что является его достоинством.

Это обусловлено тем, что уменьшение значения угла открытия тиристоров до α₀=4,5 эл. град приводит к уменьшению фазового угла сдвига φ и, как следствие, к более раннему изменению направления тока в первичной обмотке трансформатора. Уменьшение фазового угла сдвига φ между питающим напряжением и первой гармоникой потребляемого тока приводит к увеличению cos φ и, соответственно, к повышению коэффициента мощности преобразователя электровоза к_м.

Кроме этого, меньшее значение угла открытия тиристоров α₀ позволяет уменьшить энергопотребление двигателя за счет повышения среднего значения выпрямленного напряжения путем уменьшение времени открытия тиристоров в каждом полупериоде выпрямленного напряжения с 9 до 4,5 эл. градусов.

Однако энергопотребление двигателя остается достаточно высоким, что является недостатком известного устройства.

Это обусловлено тем, что среднее значения выпрямленного напряжения на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя остается низким за счет наличия в выпрямленном напряжении значений напряжения с отрицательной полярностью на протяжении времени от 0 до α₀=4,5 эл. градусов.

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке преобразователя однофазно-постоянного тока, обеспечивающего снижение энергопотребления двигателя за счет повышения среднего значения выпрямленного напряжения на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя благодаря формированию в режиме тяги на каждой зоне регулирования нулевых значений выпрямленного напряжения на протяжении времени от 0 до α₀.

Для решения поставленной задачи в преобразователь однофазно-постоянного тока, содержащий тяговый трансформатор с тремя секциями вторичной обмотки, выпрямительно-инверторный преобразователь в виде мостовой схемы из параллельно соединенных, по крайней мере, четырех цепочек вентилей, блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем и нагрузку, состоящую из последовательно соединенных двигателя и индуктивного сопротивления, при этом каждая цепочка вентилей представляет собой пару плеч последовательно соединенных в общей точке, а каждое плечо - последовательно соединенные тиристор и диод, первая секция вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам первой и второй цепочки вентилей, вторая секция - к средним точкам второй и третьей цепочки вентилей, третья секция - к средним точкам третьей и четвертой цепочки вентилей, нагрузка подключена параллельно к выпрямительно-инверторному преобразователю в точках соединения цепочек вентилей, блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем подключен к управляющим входам тиристоров плеч выпрямительно-инверторного преобразователя, дополнительно введены нулевой тиристор и блок управления нулевым тиристором, содержащий датчик напряжения, выпрямитель, формирователь синхроимпульсов, генератор тактовых импульсов, компаратор, одновибратор, переключатель в режим тяги-рекуперации, элемент «И», имеющий четыре входа, при этом вход датчика напряжения является входом блока управления нулевым тиристором, а выход элемента «И» - его выходом, выход датчика напряжения подключен к входу выпрямителя и входу формирователя синхроимпульсов, выход выпрямителя подключен к входу компаратора, выход формирователя синхроимпульсов подключен к входу одновибратора, а выходы генератора тактовых импульсов, компаратора, одновибратора, переключателя в режим тяги-рекуперации подключены к соответствующим входам элемента «И», нулевой тиристор подключен параллельно нагрузке, вход блока управления нулевым тиристором соединен с первой секцией вторичной обмотки трансформатора, а его выход подключен к управляющему входу нулевого тиристора.

Заявляемое решение отличается от прототипа наличием новых элементов в устройстве: нулевого тиристора и блока управления нулевым тиристором и новыми взаимосвязями между элементами устройства. Наличие существенных отличительных признаков в совокупности существенных признаков, характеризующих устройство, свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «новизна».

Введение в преобразователь однофазно-постоянного тока нулевого тиристора и блока управления нулевым тиристором, содержащего соединенные определенным образом датчик напряжения, выпрямитель, формирователь синхроимпульсов, генератор тактовых импульсов, компаратор, одновибратор, переключатель в режим тяги-рекуперации, элемент «И», подключение нулевого тиристора параллельно нагрузке, соединение входа блока управления нулевым тиристором с первой секцией вторичной обмотки трансформатора, а его выхода с к управляющим входом нулевого тиристора приводит к снижению энергопотребления двигателя за счет повышения среднего значения выпрямленного напряжения на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя благодаря формированию выпрямленного напряжения с нулевым значением на протяжении времени от 0 до α₀.

Это обусловлено тем, что при открытии нулевого тиристора на протяжении времени от 0 до α₀ ток с выпрямительно-инверторного преобразователя на каждой зоне в каждом полупериоде замыкается через нулевой тиристор, минуя нагрузку, что приводит к наличию в выпрямленном напряжении на всех зонах регулирования значений напряжения только с положительной полярностью, и, как следствие, к повышению среднего значения выпрямленного напряжения и к снижению энергопотребления двигателя в режиме тяги.

Причинно-следственная связь «Введение в преобразователь однофазно-постоянного тока нулевого тиристора и блока управления нулевым тиристором, содержащего соединенные определенным образом датчик напряжения, выпрямитель, формирователь синхроимпульсов, генератор тактовых импульсов, компаратор, одновибратор, переключатель в режим тяги-рекуперации, элемент «И», подключение нулевого тиристора параллельно нагрузке, соединение входа блока управления нулевым тиристором с первой секцией вторичной обмотки трансформатора, а его выхода с к управляющим входом нулевого тиристора приводит к снижению энергопотребления двигателя за счет повышения среднего значения выпрямленного напряжения на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя благодаря формированию выпрямленного напряжения с нулевым значением на протяжении времени от 0 до α₀» не обнаружена в известном уровне техники и явным образом не следует из него, что свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

На фигуре 1 представлена схема преобразователя однофазно-постоянного тока, необходимая для понимания сущности и работоспособности изобретения и подтверждающая промышленную применимость заявляемого устройства.

На фигуре 2 представлены графики зависимости напряжения от времени на элементах блока управления нулевым тиристором 7.

Преобразователь однофазно-постоянного тока содержит тяговый трансформатор 1, выпрямительно-инверторный преобразователь 2, нагрузку 3, состоящую из последовательно соединенных двигателя 4 и индуктивного сопротивления 5, нулевого тиристора 6 и блока управления нулевым тиристором 7.

Тяговый трансформатор представляет собой одну первичную обмотку (на фиг. не показана) и три секции I, II, III вторичной обмотки.

Выпрямительно-инверторный преобразователь 2 содержит восемь плеч 8-15, образующих мостовую схему, представленную четырьмя параллельно соединенными цепочками вентилей 16-19. Каждая цепочка 16-19 представляет собой пару плеч, соответственно 8-9, 10-11, 12-13, 14-15, соединенных последовательно в общих точках.

Каждое плечо 8-15 выпрямительно-инверторного преобразователя представляет собой последовательно соединенные тиристор 20 и диод 21.

Выводы каждой секции вторичной обмотки трансформатора I, II, III подсоединены к цепочкам вентилей 16-19 в точках последовательного соединения двух соответствующих плеч 8-9, 10-11, 12-13, 14-15 выпрямительно-инверторного преобразователя 2. Точки соединения выводов вторичной обмотки трансформатора и выпрямительно-инверторного преобразователя 2 являются входом последнего. При этом секция I вторичной обмотки трансформатора подключена к первой 16 и второй 17 цепочке вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2 в общих точках соединения плеч 8, 9 и 10, 11 соответственно.

Секция II вторичной обмотки трансформатора подключена к второй 17 и третьей 18 цепочке вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2 в общих точках соединения плеч 10,11 и 12,13 соответственно.

Секция III вторичной обмотки трансформатора подключена к третьей 18 и четвертой 19 цепочке вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2 в общих точках соединения плеч 12, 13 и 14, 15 соответственно.

Выпрямительно-инверторный преобразователь 2 обеспечивает четыре зоны регулирования. При этом первая зона регулирования образована секцией II вторичной обмотки трансформатора, второй 17 и третьей 18 цепочками вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2. Вторая зона регулирования образована I и II секцией вторичной обмотки трансформатора и первой 16, второй 17, третьей 18 цепочками вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2. Третья зона регулирования образована II и III секцией вторичной обмотки трансформатора и второй 17, третьей 18 и четвертой 19 цепочками вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2. Четвертая зона регулирования образована I, II и III секцией вторичной обмотки трансформатора и первой 16, третьей 18 и четвертой 19 цепочками вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2.

Для управления выпрямительно-инверторным преобразователем 2 к управляющим входам тиристоров 21 плеч 8-15 выпрямительно-инверторного преобразователя 2 подключен блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем (на фиг. не показан).

Нагрузка 3 подключена параллельно к выпрямительно-инверторному преобразователю 2 в точках соединения цепочек вентилей 16-19.

Нулевой тиристор 6 подключен к выпрямительно-инверторному преобразователю 2 параллельно нагрузке 3 в точках соединения цепочек вентилей 16-19 выпрямительно-инверторного преобразователя 2.

Для управления нулевым тиристором 6 к его управляющему входу подключен блок управления нулевым тиристором 7, который в соответствии с алгоритмом работы определяет время работы нулевого тиристора 6 в выпрямительном и инверторном режимах.

Блок управления нулевым тиристором 7 содержит датчик напряжения 22, выпрямитель 23, формирователь синхроимпульсов 24, генератор тактовых импульсов 25, компаратор 26, одновибратор 27, переключатель в режим тяги-рекуперации 28, элемент «И» 29, имеющий четыре входа.

Вход датчика напряжения 22 является входом блока управления нулевым тиристором 7, а выход элемента «И» 29 является выходом блока управления нулевым тиристором 7.

Выход датчика напряжения 22 подключен к входу выпрямителя 23 и входу формирователя синхроимпульсов 24.

Выход выпрямителя 23 подключен к входу компаратора 26. Выход формирователя синхроимпульсов 24 подключен к входу одновибратора 27. Выходы генератора тактовых импульсов 25, компаратора 26, одновибратора 27, переключателя в режим тяги-рекуперации 28 подключены к соответствующим входам элемента «И» 29.

Вход блока управления нулевым тиристором 7 подключен к первой секции 1 вторичной обмотки трансформатора 1, а его выход подключен к управляющему входу нулевого тиристора 6.

Преобразователь однофазно-постоянного тока в режиме тяги работает следующим образом.

Тяговый трансформатор 1 передает переменное напряжение секций I, II, III вторичной обмотки необходимого уровня в зависимости от зоны регулирования на вход выпрямительно-инверторного преобразователя 2, а переменное напряжение первой секции I вторичной обмотки тягового трансформатора всегда подается на датчик напряжения 22 блока управления нулевым тиристором 7.

Одновременно с этим на тиристоры 21 выпрямительно-инверторного преобразователя 2 подаются управляющие импульсы с блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя (на фиг. не показан) в соответствии с заданным алгоритмом, обеспечивающие очередность открытия плеч выпрямительно-инверторного преобразователя 2 в выпрямительном и инверторном режимах.

При обеспечении работы в выпрямительном и инверторном режимах блоком управления выпрямительно-инверторного преобразователя подаются четыре типа управляющих импульсов:

1) нерегулируемые импульсы α₀, подаваемые в начале полупериода, фаза которых соответствует минимальному углу открытия тиристоров, равным α₀=4,5 эл.град;

2) нерегулируемые импульсы α_0з, подаваемые в начале полупериода, но задержанные по фазе для исключения неоткрытия плеч;

3) негулируемые по фазе импульсы α_рег, предназначенные для плавного подключения вторичной обмотки трансформатора;

4) импульсы β, подаваемые на тиристоры выпрямительно-инверторного преобразователя 2 в режиме рекуперации.

Первая зона регулирования.

На первой зоне регулирования в работе находятся вторая 17 и третья 18 цепочки вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2.

В первый полупериод сетевого напряжения на тиристор 20 плеча 12 цепочки вентилей 18 подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α₀=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя 2. При угле, равном α₀=4,5 эл. град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора 20.

Одновременно с этим на тиристор 20 плеча 11 цепочки вентилей 17 подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора и на его управляющий вход подается управляющий импульс α_рег, причем импульсы α_рег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения.

Тиристор 20 плеча 12 цепочки вентилей 18 под воздействием управляющих импульсов α₀ и прямого напряжения с второй секции II вторичной обмотки трансформатора переходит в проводящее состояние, а тиристор 20 плеча 11 цепочки вентилей 17 под воздействием управляющих импульсов α_рег, и прямого напряжения с второй секции II вторичной обмотки трансформатора плавно подключает вторую секцию II вторичной обмотки трансформатора.

После открытия тиристоров 20 соответствующих плеч 11, 12 второй 17 и третьей 18 цепочек вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2 на его выходе формируется выпрямленное напряжение секции II вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀, которое поступает на нагрузку 3 и нулевой тиристор 6.

Среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀=4,5 эл. градусов.

Во второй полупериод сетевого напряжения на первой зоне регулирования на тиристор 20 плеча 10 цепочки вентилей 17 подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α₀=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя 2. При угле, равном α₀=4,5 эл. Град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора 20.

Одновременно с этим на тиристор 20 плеча 13 цепочки вентилей 18 подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, , а на его управляющий вход подаются регулируемый по фазе управляющий импульс α_рег, причем импульсы α_рег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения.

Тиристор 20 плеча 10 цепочки вентилей 17 под воздействием управляющих импульсов α₀ и прямого напряжения с второй секции II вторичной обмотки трансформатора переходит в проводящее состояние, а тиристор 20 плеча 13 цепочки вентилей 18 под воздействием управляющих импульсов α_рег и прямого напряжения с второй секции II вторичной обмотки трансформатора плавно подключает вторую секцию II вторичной обмотки трансформатора.

После открытия тиристоров 20 соответствующих плеч 10, 13 второй 17 и третьей 18 цепочек вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2 на его выходе формируется выпрямленное напряжение секции II вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀, которое поступает на нагрузку 3 и нулевой тиристор 6.

Среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀=4,5 эл. град.

Кроме того, в начале каждого полупериода сетевого напряжения только на интервалах времени от 0 до α₀ на управляющий вход нулевого тиристора 6 блоком управления нулевым тиристором 7 подаются управляющие импульсы. На интервалах от α₀ до 0 в каждом полупериоде сетевого напряжения подача управляющих импульсов на управляющий вход нулевого тиристора 6 отсутствует.

Нулевой тиристор 6 переходит в проводящее состояние при подаче на него прямого напряжения с выхода выпрямительно-инверторного преобразователя 2 и подаче на его управляющий вход управляющих импульсов с выхода блока управления нулевым тиристором 7.

При отсутствии хотя бы одного из условий нулевой тиристор 6 находится в закрытом состоянии.

Блок управления нулевым тиристором 7, определяющий время работы нулевого тиристора 6, работает следующим образом.

Одновременно с подачей переменного напряжения со второй II секции вторичной обмотки трансформатора на вход выпрямительно-инверторного преобразователя 2 на вход блока управления нулевым тиристором 7 подается переменное напряжение с первой I секции вторичной обмотки трансформатора (фиг.2а).

Напряжение с датчика напряжения 22 поступает на выпрямитель 23 и формирователь синхроимпульсов 24. Выпрямитель формирует выпрямленное напряжение в форме положительных полуволн в каждом полупериоде (фиг.2б). Далее это напряжение поступает на компаратор 26, на выходе которого формируется выпрямленное напряжение в форме прямоугольных участков, длина которых определяется напряжением компаратора 26 (фиг.2в), которое в свою очередь подается на второй вход элемента «И» 29.

Формирователь синхроимпульсов 24 формирует напряжение в каждый из положительных полупериодов переменного напряжения в форме прямоугольных импульсов (фиг.2г). Напряжение в форме прямоугольных импульсов поступает на одновибратор 27. На выходе одновибратора 27 формируются напряжение в форме прямоугольных участков с продолжительностью от 0 до α₀ (фиг.2д), которое подается на третий вход элемента «И» 29.

Генератор тактовых импульсов 25 формирует тактовые импульсы (фиг.2е), необходимые для открытия нулевого тиристора 6, которые подаются на первый вход элемента «И» 29.

Переключатель в режим тяги-рекуперации 28 формирует некоторый уровень напряжения только в режиме тяги, которое подается на четвертый вход элемента «И» 29, и снимает напряжения в режиме рекуперации.

На выходе переключателя в режим тяги-рекуперации 28 возможно два состояния: наличие напряжения в режиме тяги, которое подается на первый вход элемента «И» 29, и его отсутствие в режиме рекуперации.

Элемент «И» 29 при поступлении на все его входы 1, 2, 3, 4 напряжения с выходов генератора тактовых импульсов 25, компаратора 26, одновибратора 27 и переключателя в режим тяги-рекуперации 28 формирует управляющие импульсы в начале каждого полупериода сетевого напряжения на интервале времени от 0 до (фиг.2ж), которые подаются на управляющий вход нулевого тиристора 6.

При наличии прямого напряжения с выхода выпрямительно-инверторного преобразователя 2 на нулевом тиристоре 6 и наличии управляющих импульсов с блока управления 7 на управляющем входе нулевого тиристора 6 он открывается и находится в проводящем состояние в начале каждого полупериода сетевого напряжения на интервале времени от 0 до α₀.

В результате, в начале каждого полупериода сетевого напряжения на интервале от 0 до α₀ ток с выпрямительно-инверторного преобразователя 2 замыкается через нулевой тиристор 6, минуя нагрузку 3, а выпрямленное напряжение на двигателе 26 определяется падением напряжения на нулевом тиристоре 6.

Таким образом, нулевой тиристор 6 находится в проводящем состоянии в режиме тяги на интервале времени 0 до α₀ в каждый из полупериодов сетевого напряжения. При этом значение напряжения на нулевом тиристоре 6 на этом интервале близко к нулю, что приводит к отсутствию в выпрямленном напряжения значений напряжения с отрицательной полярностью. Наличие в выпрямленном напряжении на первой зоне регулирования значений только с положительной полярностью напряжения увеличивает среднее значение выпрямленного напряжения, что приводит к снижению энергопотребление двигателя 4.

Вторая зона регулирования.

На второй зоне регулирования в работе находятся первая 16 вторая 17 и третья 18 цепочки вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2.

В первый полупериод сетевого напряжения на тиристор 20 плеча 12 цепочки вентилей 18 подается переменное напряжение первой I и второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α₀=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя 2. При угле, равном α₀=4,5 эл. Град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора 20.

Одновременно с этим на тиристор 20 плеча 9 цепочки вентилей 16 подается переменное напряжение второй секции I и II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подаются управляющие импульсы α_рег, причем импульсы α_рег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения.

Тиристор 20 плеча 12 цепочки вентилей 18 под воздействием управляющих импульсов α₀ и прямого напряжения с первой I и второй II секции вторичной обмотки трансформатора переходит в проводящее состояние.

Тиристор 20 плеча 11 цепочки вентилей 17 под воздействием нерегулируемых, но задержанных по фазе импульсов α_0з и прямого напряжения с первой I и второй II секции вторичной обмотки трансформатора переходит в проводящее состояние. Причем, открытие данного плеча необходимо для гарантированного открытия плеча 9 цепочки вентилей 16.

Тиристор 20 плеча 9 цепочки вентилей 16 под воздействием управляющих импульсов α_рег и прямого напряжения с первой I и второй II секции вторичной обмотки трансформатора плавно подключает первую I и вторую секцию II вторичной обмотки трансформатора.

После открытия тиристоров 20 соответствующих плеч 9, 11, 12 первой 16, второй 17 и третьей 18 цепочек вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2 на его выходе формируется выпрямленное напряжение первой I и второй II секции вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀, которое поступает на нагрузку 3 и нулевой тиристор 6.

Среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀=4,5 эл. градусов.

Во второй полупериод сетевого напряжения на тиристор 20 плеча 13 цепочки вентилей 18 подается переменное напряжение первой I и второй II секции вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α₀=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя 2. При угле, равном α₀=4,5 эл. град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора 20.

Одновременно с этим на тиристор 20 плеча 8 цепочки вентилей 16 подается переменное напряжение второй секции I и II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подаются управляющие импульсы регулируемый по фазе управляющий импульс α_рег, причем импульсы α_рег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения.

Тиристор 20 плеча 13 цепочки вентилей 18 под воздействием управляющих импульсов α₀ и прямого напряжения с первой I и второй II секции вторичной обмотки трансформатора переходит в проводящее состояние.

Тиристор 20 плеча 10 цепочки вентилей 17 под воздействием нерегулируемых, но задержанных по фазе импульсов α_0з и прямого напряжения с первой I и второй II секции вторичной обмотки трансформатора переходит в проводящее состояние. Причем, открытие данного плеча необходимо для гарантированного открытия плеча 8 цепочки вентилей 16.

Тиристор 20 плеча 8 цепочки вентилей 16 под воздействием управляющих импульсов α_рег и прямого напряжения с первой I и второй II секции вторичной обмотки трансформатора плавно подключает первую I вторую II секцию вторичной обмотки трансформатора.

После открытия тиристоров 20 соответствующих плеч 8,10, 13 первой 16, второй 17 и третьей 18 цепочек вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2 на его выходе формируется выпрямленное напряжение первой I и второй II секции вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀, которое поступает на нагрузку 3 и нулевой тиристор 6.

Среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀=4,5 эл. градусов.

Кроме того, в начале каждого полупериода сетевого напряжения только на интервалах времени от 0 до α₀ на управляющий вход нулевого тиристора 6 блоком управления нулевым тиристором 7 подаются управляющие импульсы. На интервалах от α₀ до 0 в каждом полупериоде сетевого напряжения подача управляющих импульсов на управляющий вход нулевого тиристора 6 отсутствует.

Блок управления нулевым тиристором 7 на второй зоне регулирования работает аналогично его работе на первой зоне регулирования.

В результате, в начале каждого полупериода сетевого напряжения на интервале от 0 до α₀ ток с выпрямительно-инверторного преобразователя 2 замыкается через нулевой тиристор 6, минуя нагрузку 3, а выпрямленное напряжение на двигателе 26 определяется падением напряжения на нулевом тиристоре 6.

Таким образом, нулевой тиристор 6 находится в проводящем состоянии на интервале времени 0 до α₀ в каждый из полупериодов сетевого напряжения. При этом значение напряжения на нулевом тиристоре 6 на этом интервале близко к нулю, что приводит к отсутствию в выпрямленном напряжения значений напряжения с отрицательной полярностью. Наличие в выпрямленном напряжении на второй зоне регулирования значений только с положительной полярностью напряжения увеличивает среднее значение выпрямленного напряжения, что приводит к снижению энергопотребление двигателя 4.

Третья зона регулирования.

На третьей зоне регулирования в работе находятся вторая 17, третья 18, и четвертая 19 цепочки вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2.

Четвертая зона регулирования.

На четвертой зоне регулирования в работе находятся первая 16, вторая 17 и четвертая 19 цепочки вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2.

Алгоритм управления плечами 10-15 выпрямительно-инверторного преобразователя 2 на третьей зоне регулирования и плечами 8-16 выпрямительно-инверторного преобразователя 2 на четвертой зоне регулирования аналогичен алгоритму управления на второй зоне регулирования.

Работа нулевого тиристора 6 и алгоритм управления блока нулевого тиристора 7 на третьей и четвертой зонах регулирования аналогичны работе нулевого тиристора 6 и алгоритму управления блока нулевого тиристора 7 на второй зоне регулирования.

В результате, в начале каждого полупериода сетевого напряжения на третьей и четвертой зоне регулирования на интервале от 0 до α₀ ток с выпрямительно-инверторного преобразователя 2 замыкается через нулевой тиристор 6, минуя нагрузку 3, а выпрямленное напряжение на двигателе 26 определяется падением напряжения на нулевом тиристоре 6.

Таким образом, нулевой тиристор 6 находится в проводящем состоянии на интервале времени 0 до α₀ в каждый из полупериодов сетевого напряжения на третьей и четвертой зоне регулирования. При этом значение напряжения на нулевом тиристоре 6 на этом интервале близко к нулю, что приводит к отсутствию в выпрямленном напряжения значений напряжения с отрицательной полярностью. Наличие в выпрямленном напряжении на третьей и четвертой зоне регулирования значений только с положительной полярностью напряжения увеличивает среднее значение выпрямленного напряжения, что приводит к снижению энергопотребление двигателя 4.

Таким образом, в режиме тяги на каждой зоне регулирования в начале каждого полупериода сетевого напряжения на интервале от 0 до α₀ выпрямленное напряжение стремится к нулю, вследствие чего, выпрямленное напряжение, поступающее на нагрузку 3, имеет только положительную полярность на всех зонах регулирования.

Кроме того в режиме тяги на всех зонах регулирования индуктивное сопротивление 5 в цепи нагрузки снижает уровень пульсаций выпрямленного тока, обусловленных пульсациями в сети, до приемлемой для работы двигателя 4 величины.

Наличие в выпрямленном напряжении на всех зонах регулирования значений напряжения только с положительной полярностью увеличивает среднее значение выпрямленного напряжения, что приводит в режиме тяги к снижению энергопотребления двигателя 4.

Проверка работоспособности преобразователя однофазно-постоянного тока с достижением вышеуказанного результата осуществлена методом математического моделирования с использованием пакета программ ORCAD. Для сравнения были смоделированы работа заявляемого преобразователя однофазно-постоянного тока и преобразователя - прототипа в режиме тяги на всех зонах регулирования.

За расчетную схему принята схема электовоза ЭП-1. В пакете программ ORCAD были смоделированы следующие основные блоки системы «тяговая подстанция - контактная сеть - электровоз в режиме тяги»: тяговая подстанция, два тяговых трансформатора ОДНЦЭ-5700/25 У2, два выпрямительно-инверторных преобразователя ВИП-5600 - УХЛ2 на каждый тяговый трансформатор, три тяговых электрических двигателя НБ-520 В на каждый выпрямительно-инверторный преобразователь.

Результаты математического моделирования показывают, что использование заявляемого преобразователя однофазно-постоянного тока позволяет при токе двигателя 570 А увеличить среднее значение выпрямленного напряжения на 8%-10% по сравнению с прототипом, что приведет к снижению энергопотребления двигателя.

Изобретение относится к области электрифицированного железнодорожного транспорта и предназначено для электровозов переменного тока с плавным регулированием напряжения. Технический результат заключается в снижении энергопотребления двигателя за счет повышения среднего значения выпрямленного напряжения на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя благодаря формированию в режиме тяги на каждой зоне регулирования нулевых значений выпрямленного напряжения на протяжении времени от 0 до α₀. Для этого заявленное устройство содержит тяговый трансформатор с тремя секциями вторичной обмотки, выпрямительно-инверторный преобразователь с восемью плечами из последовательно соединенных тиристора и диода, образующими мостовую схему, нагрузку из последовательно соединенных двигателя и индуктивного сопротивления, нулевой тиристор, подключенный параллельно нагрузке, и связанный с ним блок управления нулевым тиристором, подключенный к первой секции вторичной обмотки трансформатора и содержащий соединенные между собой датчик напряжения, выпрямитель, формирователь синхроимпульсов, генератор тактовых импульсов, компаратор, одновибратор, переключатель в режим тяги - рекуперации и элемент «И». 2 ил

Преобразователь однофазно-постоянного тока, содержащий тяговый трансформатор с тремя секциями вторичной обмотки, выпрямительно-инверторный преобразователь в виде мостовой схемы из параллельно соединенных, по крайней мере, четырех цепочек вентилей, блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем и нагрузку, состоящую из последовательно соединенных двигателя и индуктивного сопротивления, при этом каждая цепочка вентилей представляет собой пару плеч, последовательно соединенных в общей точке, а каждое плечо - последовательно соединенные тиристор и диод, первая секция вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам первой и второй цепочки вентилей, вторая секция - к средним точкам второй и третьей цепочки вентилей, третья секция - к средним точкам третьей и четвертой цепочки вентилей, нагрузка подключена параллельно к выпрямительно-инверторному преобразователю в точках соединения цепочек вентилей, блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем подключен к управляющим входам тиристоров плеч выпрямительно-инверторного преобразователя, отличающееся тем, что в него введены нулевой тиристор и блок управления нулевым тиристором, содержащий датчик напряжения, выпрямитель, формирователь синхроимпульсов, генератор тактовых импульсов, компаратор, одновибратор, переключатель в режим тяги-рекуперации, элемент «И», имеющий четыре входа, при этом вход датчика напряжения является входом блока управления нулевым тиристором, а выход элемента «И» - его выходом, выход датчика напряжения подключен к входу выпрямителя и входу формирователя синхроимпульсов, выход выпрямителя подключен к входу компаратора, выход формирователя синхроимпульсов подключен к входу одновибратора, а выходы генератора тактовых импульсов, компаратора, одновибратора, переключателя в режим тяги-рекуперации подключены к соответствующим входам элемента «И», нулевой тиристор подключен параллельно нагрузке, вход блока управления нулевым тиристором соединен с первой секцией вторичной обмотки трансформатора, а его выход подключен к управляющему входу нулевого тиристора.