ВЫПРЯМИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ВОЗБУЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗА НА IGBT МОДУЛЕ СО СПОСОБОМ ЗАЩИТЫ ОТ КОММУТАЦИОННЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ Российский патент 2015 года по МПК B60L9/08 H02M7/12 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к цепям защиты коммутирующих аппаратов, и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока.

Известны электровозы переменного тока ВЛ80р, ВЛ85 [1], ВЛ65, ЭП1, Ермак, в которых используется тиристорная выпрямительная установка возбуждения. Для защиты тиристоров от коммутационных перенапряжений используются шунтирующие RC цепи. Из-за большей длительности коммутации тиристоров выделяется небольшая энергия коммутационных перенапряжений, следовательно, RC цепи небольшой мощности способны надежно защитить от таких перенапряжений. Недостатком схемы данных электровозов является использование тиристоров в выпрямительной установке возбуждения, так как фаза пульсации тока возбуждения сдвинута относительно фазы напряжения сети примерно на 90 электрических градусов [2]. Это, в свою очередь, снижает коэффициент мощности электровоза в режиме рекуперативного торможения.

Известен способ управления и устройство выпрямительной установки возбуждения, выполненной на основе управляемых электронных ключей [2]. Данный способ управления позволяет устранить сдвиг фазы пульсации тока возбуждения относительно фазы напряжения сети, тем самым повысить коэффициент мощности электровоза в режиме рекуперативного торможения. Недостатком предлагаемого устройства является отсутствие защиты от коммутационных перенапряжений. Так как скорость коммутации электронных ключей (IGBT модулей) очень высокая, возникает большая ЭДС от индуктивностей рассеяния, которая приведет к выходу из строя электронных ключей.

Предлагаемый способ защиты заключается в том, что большая часть энергии индуктивностей рассеяния при выключении модуля отводится с его коллектора на вторичную обмотку дополнительного трансформатора, включенного параллельно тяговому трансформатору электровоза, через дополнительные управляемые электронные ключи. Включение дополнительных электронных ключей осуществляется поочередно, в зависимости от полупериода сетевого напряжения, в момент не позже выключения защищаемого IGBT транзисторного модуля, а выключение происходит через некоторый промежуток времени, зависящий от длительности коммутационных перенапряжений. Энергия коммутационных перенапряжений гасится за счет направления возникающего тока противоположно электродвижущей силе вторичной обмотки дополнительного трансформатора.

Выпрямительная установка возбуждения (Фиг. 1), подключенная к трансформатору напряжения 1, включает в себя выпрямительные диоды 2, IGBT транзисторный модуль 3 и диод 4 для поддержания непрерывности тока возбуждения. Трансформатор 1 подключен к сети переменного тока через токоприемник. Цепи защиты состоят из дополнительного трансформатора 10, управляемых ключевых элементов 6, включающих в себя диод 7 и управляемый электронный ключ 8, блока управления ключами 9. Первичная обмотка дополнительного трансформатора 10 подключена к вторичной обмотки тягового трансформатора 1. В качестве электронных ключей используются IGBT транзисторы.

Выпрямительная установка возбуждения (Фиг. 2), подключенная к трансформатору напряжения 1, включает в себя выпрямительные диоды 2, IGBT транзисторный модуль 3 и диод 4 для поддержания непрерывности тока возбуждения. Трансформатор 1 подключен к сети переменного тока через токоприемник. Цепи защиты состоят из дополнительного трансформатора 10, управляемых ключевых элементов 6, включающих в себя диод 7 и управляемый электронный ключ 8, блока управления ключами 9. Первичная обмотка дополнительного трансформатора 10 подключена к вторичной обмотке тягового трансформатора 1. В качестве электронных ключей используются тиристоры.

На Фиг. 3 показаны временные диаграммы напряжения и тока выпрямительной установки возбуждения, а также напряжение управления электронных ключей $$U_{упр.}^{кл.}$$ . Показано, что в момент времени, не позднее чем момент снятия напряжения управления $$U_{упр.}^{кл.3}$$ с IGBT транзисторного модуля, подается напряжение управления $$U_{упр.}^{кл.1}$$ или $$U_{упр.}^{кл.2}$$ на управляемые электронные ключи в зависимости от полупериода сетевого напряжения, а снимается напряжение управления через некоторый промежуток времени, зависящий от длительности коммутационных перенапряжений.

Техническим результатом является защита IGBT транзисторного модуля выпрямительной установки возбуждения электровоза переменного тока от коммутационных перенапряжений.

Список источников

1. Б.А. Тушканов, Н.Г. Пушкарев, Л.А. Позднякова и др. Электровоз ВЛ85. Руководство по эксплуатации. М., 1992, 480 с.

2. Пат. 2475374, Российская Федерация, МПК B60L. Способ повышения коэффициента мощности при рекуперативном торможении электровоза переменного тока и устройство для его реализации [Текст] / Портной А.Ю., Мельниченко О.В., Шрамко С.Г.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения». - №2010144087/11; заявл. 27.10.2010; опубл. 20.02.2013, Бюл. №5. - 7 с.: ил.

Группа изобретений относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Выпрямительная установка возбуждения (ВУВ) электровоза состоит из выпрямительных диодов, IGBT транзисторного модуля и диода для поддержания непрерывности тока возбуждения. ВУВ подключена к трансформатору напряжения и работает на обмотки возбуждения двигателей. Цепи защиты IGBT модуля состоят из дополнительного маломощного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к вторичной обмотке тягового трансформатора электровоза. Две вторичные обмотки подключены одним из выводов к питающей обмотке ВУВ, а другим выводом к коллектору IGBT модуля через последовательно включенные диод и дополнительный управляемый электронный ключ. Способ защиты заключается в том, что большая часть энергии индуктивностей рассеяния при выключении модуля отводится с его коллектора на вторичную обмотку дополнительного маломощного трансформатора. Включение дополнительных ключей происходит в зависимости от полупериода сетевого напряжения, в момент не позже выключения IGBT модуля, а выключение - в зависимости от длительности коммутационных перенапряжений. Техническим результатом является защита выпрямительной установки возбуждения от коммутационных перенапряжений. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Выпрямительная установка возбуждения (ВУВ) электровоза переменного тока на IGBT транзисторном модуле, состоящая из выпрямительных диодов, IGBT транзисторного модуля и диода для поддержания непрерывности тока возбуждения, подключенная к трансформатору напряжения, работающая на обмотки возбуждения двигателей, отличающаяся тем, что для защиты IGBT транзисторного модуля ВУВ используются цепи защиты, состоящие из дополнительного маломощного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к вторичной обмотке тягового трансформатора электровоза, а две вторичные обмотки одним из выводов подключены к питающей обмотке ВУВ, а другим выводом к коллектору IGBT модуля ВУВ через последовательно включенные диод и дополнительный управляемый электронный ключ.

2. Способ защиты от коммутационных перенапряжений выпрямительной установки возбуждения электровоза, отличающийся тем, что большая часть энергии индуктивностей рассеяния при выключении модуля отводится с его коллектора на вторичную обмотку дополнительного трансформатора, включенного параллельно тяговому трансформатору электровоза, через дополнительные управляемые электронные ключи, включаемые поочередно в зависимости от полупериода сетевого напряжения, в момент не позже выключения защищаемого IGBT транзисторного модуля, а выключение происходит после окончания коммутационных перенапряжений и преобразуется в тепловую энергию на диодном плече, установленном параллельно обмотке дополнительного трансформатора.