СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ В РЕЖИМЕ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ МНОГОЗОННОГО ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Российский патент 2016 года по МПК H02P7/292 

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

Известен применяемый в настоящее время на электроподвижном составе тиристорный многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП) [1]. Преобразователь состоит из набора тиристорных плеч, образующих схему двухполупериодного мостового инвертора, и подключен к тяговым электродвигателям постоянного тока.

К недостаткам такого преобразователя можно отнести следующее: применение тиристоров в качестве ключевых элементов, что не позволяет запереть тиристор в произвольный момент времени; организация коммутации тока плеч ВИП осуществляется в конце полупериода с углом β; поочередное протекание коммутации в плечах преобразователя, что увеличивает ее длительность; необходимость в наличии значительного угла запаса инвертора δ; осуществление фазового регулирования напряжения с конца полупериода. Вследствие чего коэффициент мощности в режиме рекуперативного торможения составляет не более 0,65.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь и способ управления преобразователем, содержащий параллельные ключевые мосты, трансформатор с одной или более вторичными обмотками, диодное плечо, образующие схему двухполупериодного мостового выпрямителя с возможностью зонно-фазового регулирования, соединенного с коллекторным тяговым электродвигателем, датчик тока первичной сети и датчик напряжения первичной сети, подключенные к системе управления. Каждое ключевое управляемое плечо состоит из последовательно включенных диода и управляемого электронного ключа, в качестве которого может использоваться IGBT транзистор (модуль) [2].

К достоинствам такого ВИП относится то, что в основе силовой схемы используются IGBT транзисторы (модули), с помощью которых можно осуществлять управление временами включения и выключения плеч ВИП, что в совокупности с изложенным способом управления позволяет обеспечить больший коэффициент мощности по сравнению со штатным ВИП.

Следует отметить, что данная схема ВИП и способ его управления изложены только для тягового режима.

Целью изобретения является максимальное повышение коэффициента мощности электровоза переменного тока в режиме рекуперативного торможения.

На фиг.1 показан многозонный ВИП переменного тока 11. Он содержит несколько зон на основе параллельных ключевых мостов, соединенных с одной и более вторичными обмотками трансформатора 2, который через пантограф 1 подключен с силовой цепи, а также разрядное диодное плечо 6, сглаживающий реактор 7, тяговый коллекторный электродвигатель постоянного тока 8, обмотку возбуждения 10, блок балластных резисторов 9. Ключевые управляемые плечи 3 (плечи 1...8) состоят из последовательно включенного диода 5 и силового электронного ключа 4, в качестве которого может использоваться IGBT транзистор (модуль). Ключевые управляемые плечи образуют схему двухполупериодного мостового инвертора с возможностью зонно-фазового регулирования. На фиг.2а показаны напряжение и ток первичной обмотки трансформатора при предлагаемом способе управления, E со сплошной стрелкой соответствует положительному направлению ЭДС, а с пунктирной - отрицательному направлению ЭДС. На фиг.2б показана предлагаемая диаграмма управления, на которой пунктирными горизонтальными линиями показано напряжение управления при полной зоне (2) и при половине (1) зоны регулирования, на фиг.2в показан один из возможных режимов работы ВИП с предлагаемым способом управления, u_сети - напряжение сети, u_упр1 - напряжение управления плеч, обеспечивающих работу нерегулируемой обмотки, u_упр2 - напряжение управления плеч, обеспечивающих работу регулируемой обмотки (показано для половины зоны регулирования), VD - время, в течение которого работает разрядное диодное плечо. Включение плеч ВИП, обеспечивающих работу нерегулируемой обмотки ТТ (например, обмотка 3 при работе ВИП на 2-й зоне), каждый полупериод напряжения осуществляется на промежутке от нуля до некоторого момента времени, а выключение производится не позднее конца полупериода, для достижения полной зоны фазы включения и выключения регулируемой обмотки ТТ (например, обмотка 2 при работе ВИП на 2-й зоне) такие же, как и при работе нерегулируемой обмотки, для того, чтобы уменьшить выпрямленное напряжение зоны, включение и выключение регулируемой производится по фазе таким образом, что напряжение зоны продолжает уменьшаться с некоторого момента времени, от начала к концу полупериода напряжения, сдвигая за счет такого управления максимальные мгновенные значения тока в максимальные мгновенные значения напряжения сети. Разрядное диодное плечо, длительность работы которого определяется последовательно электронным ключом, работает на промежутке времени, когда закрыты все плечи ВИП, обеспечивая тем самым непрерывное протекание тока якоря двигателей. Техническим преимуществом указанного выпрямительного-преобразователя и способа его управления является обеспечение большего коэффициента мощности электровоза в режиме рекуперативного торможения по сравнению со штатным ВИП.

Источники информации

1. Электровоз ВЛ85: Руководство по эксплуатации [Текст] / Под ред. Б.А. Тушканова, Н.Г. Пушкарева, Л.А. Поздняковой и др. - М.: Транспорт, 1992. - 480 с.: ил., табл.

2. Патент РФ 2498490, МПК H02M, H02P, G05F, B60L. Многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь и способ управления преобразователем [Текст] / Портной А.Ю., Мельниченко О.В., Шрамко С.Г., Полуянов А.Г.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения». - №2012114982/07; заявл. 16.04.2012; опубл. 10.11.2013, Бюл. №31. - 7 с.: ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока. Техническим результатом является максимальное повышение коэффициента мощности в режиме рекуперативного торможения. При зонно-фазовом управлении выпрямительно-инверторным преобразователем в режиме рекуперативного торможения с применением управляемых электронных ключей включение нерегулируемой обмотки тягового трансформатора каждый полупериод напряжения осуществляется на промежутке от нуля до некоторого момента времени, а выключение производится не позднее конца полупериода. Для достижения полной зоны фазы включения и выключения регулируемой обмотки тягового трансформатора такие же, как и при работе нерегулируемой обмотки, для уменьшения выпрямленного напряжения зоны включение и выключение регулируемой обмотки осуществляется по фазе таким образом, что напряжение зоны продолжает уменьшаться с некоторого момента времени, с начала к концу полупериода напряжения, тем самым сдвигая максимальные мгновенные значения тока в максимальные мгновенные значения напряжения сети. Разрядное диодное плечо, длительность работы которого определяется последовательно включенным электронным ключом, работает на промежутке времени, когда закрыты все плечи ВИП, обеспечивая непрерывное протекание тока якоря двигателей. 2 ил.

Способ зонно-фазового управления выпрямительно-инверторным преобразователем в режиме рекуперативного торможения, который содержит несколько зон на основе параллельных ключевых мостов, образующих схему двухполупериодного мостового инвертора, соединенных с одной или более вторичными обмотками трансформатора с возможностью зонно-фазового регулирования, соединенного с коллекторным электродвигателем, и разрядное плечо из последовательно включенных управляемого электронного ключа и диода, каждое из ключевых управляемых плеч состоит из последовательно включенных диода и управляемого электронного ключа, отличающийся тем, что включение нерегулируемой обмотки тягового трансформатора каждый полупериод напряжения осуществляется на промежутке от нуля до некоторого момента времени, а выключение производится не позднее конца полупериода, для достижения полной зоны фазы включения и выключения регулируемой обмотки тягового трансформатора такие же, как и при работе нерегулируемой обмотки, для уменьшения выпрямленного напряжения зоны включение и выключение регулируемой обмотки осуществляется по фазе таким образом, что напряжение зоны продолжает уменьшаться с некоторого момента времени, от начала к концу полупериода напряжения, тем самым сдвигая максимальные мгновенные значения тока в максимальные мгновенные значения напряжения сети, при этом разрядное диодное плечо, длительность работы которого определяется последовательно включенным с ним управляемым электронным ключом, работает на промежутке времени, когда закрыты все остальные плечи выпрямительно-инверторного преобразователя.