Выпрямительно-инверторный преобразователь Советский патент 1988 года по МПК H02M7/757 B60L9/12 

00 О5

ел

оо

N

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования в электроподвижном составе железных дорог переменного тока.

Цель изобретения - упрощение,снижение установленной мощности и улучшение массогабаритных показателей.

На фиг.1 представлена принципиаль ная электрическая схема преобразователя; на фигф2 и 3 - временные диаграммы его работы, отражающие характер изменения напряжений и токов в различных элементах схемы соответ -ст- венно в тяговом и инверторном режимах его работы.

Выпрямительно-инверторный преобразователь содержит силовой трансформатор, вторичная обмотка которого, выполненная из двух секций 1 и 2, шунтированных конденсаторами 3 и А, сое 1динена с нагрузкой, состоящей, например, из якоря тягового электродвигателя 5- и сглаживающего реактора 6, через выпрямительно-инверторный ти- ристорный мост, включающий тиристоры 7-10. Анодная группа плеч этого моста соединена с анодом первого дополнительного тиристора 11, катод которого подключен к средней точке вторичной обмотки силового трансформатора и аноду второго дополнительного тиристора 12. Устройство для регулирования возбуждения тягового электродвигателя имеет два вывода дл подключения обмотки 13 возбуждения тягового электродвигателя, к которым подключен регулирующий тиристор 14,

f

0

ричной обмотки и ток первичной обмотки; ,2, i ,4 , Цв - импульсы токов на тиристорах 7-12, 14 и 18; 20+ - 25+ и 20- 25- - импульсы управления соответственно положительной и отрицательной полярности;

- моменты времени подачи соответствующих импульсов.

Преобразователь в выпрямительном режиме работает следующим образом (фиг.2).

Допустим, что в положительный полупериод питающего напряжения ЭДС силового трансформатора направлена так, как показано стрелкой на фиг.1. Ток нагрузки протекает в начале полупериода напряжения по буферному контуру, образованному тиристорами 8 и 10 и обмоткой 13 возбуждения, шунтированной резистором 15. В момент времени t , импульсом управления 20+ включают тиристор 11. Ток нагрузки переходит из тиристора 8, который закрывается, в тиристор 11, К нагруз-- ке подюлючается напряжение секции 2 вторичной обмотки силового трансформатора. Происходит колебательный процесс во входном контуре, образованным конденсаторами 3 и 4 входной емкости и секции 1 и 2 вторичной обмотки, характерный для преобразователей с импульсно-фазовым регулированием.

Через время, равное половине пери- 5 ода собственных колебаний входного контура, в момент времени t подают импульс управления 21+ на тиристор 7. Ток двигателей переходит из тиристора 11, который закрывается, в тирис5

0

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроподвижном составе железных дорог переменного тока. Цель изобретения - упрощение, снижение установленной мощности и улучшение массогабаритных показателей. Благодаря использованию упрощенного узла принудительной коммутации тиристоров, включающего коммутирующий конденсатор 17, перезарядный тиристор 18 и дроссель 19, и обеспечению гашения регулирующего тиристора 14 током перезаряда коммутационного конденсатора достигается улучшение регулировочных свойств устройства. При этом обеспечивается независимость коэффициента регулирования возбуждения от тока нагрузки и длительности коммутации. 3 ил. (Л

щунтированный резистором 15 и встреч- 40 тор 7, к нагрузке прикладьшается напно включенным диодом 16, причем анод регулирующего тиристора 14 соединен с катодной группой плеч выпрямитель- но-инверторного тиристорного моста. Преобразователь содержит также узел принудительной коммутации, выполненный на коммутирующем конденсаторе 17, перезарядном тиристоре 1 8 и дросселе 19, причем коммутирующий конденсатор подключен одной обкладкой к катоду второго дополнительного тиристора 12 и аноду перезарядного тиристора 18, другой обкладкой - к аноду регулирующего тиристора 14, а перезарядный тиристор 18 подключен через дроссель 19 к катоду регулирующего тиристора 14.

На фиг о 2 и 3 приняты следующие обозначения; U, i - напряжение вторяжение всей вторичной обмотки трансформатора, колебательный процесс во входном контуре прекращается.

Для запирания тиристора 10 подает45 ся импульс управления 22+ в момент времени t на тиристор 12. Напряжение на коммутирующем конденсаторе 17 имеет полярность, показанную на фиг.-1 без скобок, и величину,превьш1ающую

50 текущее значение напряжения на секции 2 вторичной обмотки силового трансформатора. Ток нагрузки переходит из тиристора 10, который закрывается, и секции 2 вторичной обмотки в тиристор

55 12 и коммутирующий конденсатор 17. Нагрузка подключена к секции 1 вторичной обмотки и коммутирующему конденсатору 17. Происходит колебательный процесс во входном контуре.

Через полупериод собственных колебаний входного контура, в момент времени t. подается импульс управления 23+ на тиристор 9. К этому моменту времени коммутирующий конденсатор перезаряжен током нагрузки до напряжения, равного первоначальному, с полярностью, показанной на фиг.1 в скобках. Ток нагрузки переходит из секции 1 вторичной обмотки, тиристора 12, который закрывается, и коммутирующего конденсатора 17 в тиристор 9 и протекает по буферному контуру, образованному тиристорами 7 и 9. Колебательный процесс во входном контуре прекращается.

Для подготовки коммутирующего конденсатора к коммутации тока в тиристоре 9 в отрицательный полупериод питающего напряжения на перезарядный тиристор 18 в момент времени t подается импульс управления 24+. Коммутирующий конденсатор перезаряжается до напряжения, равного первоначальному, с полярностью, показанной на фиг.1 без скобок, через перезарядный тиристор 18, дроссель 19 и диод 16. Импульс 24+ подают .в любой момент вре-

от

до

t - 5:j3

t 2

где

гп

п

лупериод собственных колебаний перезарядного контура.

При подаче импульса управления 24+ в момент времени t5 он совпадает по времени с импульсом 23+, что позволяет уменьшить количество импульсов управления преобразователем. Однако подача импульса 24+ с задержкой по отношению к моменту времени t увеличивает время восстановления запирающих свойств на тиристоре 12, особенно при опережающем гашении тока в первичной обмотке силового трансформатора, по сравнению с окончанием полупериода питающего напряжения.

Для работы преобразователя в режиме прерывистых токов импульс управления 20+ подают одновременно на тиристоры 11 и 10. Для первоначально- го заряда коммутирующего конденсатора и запуска преобразователя, а также при работе преобразователя в области малых нагрузок импульсы 22+, 23+, 24+ переносят в начало следующего полупериода питающего напряжения. После нарастания тока двигателей импульсы управления 22+, 23+, 24+ устанавливают в конце положительной по10

25

15

луволны напряжения для повьшгения коэффициента мощности преобразователя .

Регулирование напряжения на тяговых двигателях достигается изменением фазы подачи импульсов 2П+, 21+,

Регулятор возбуждения работает следующим образом. .

Плавное регулирование возбуждения достигается путем импульсного шунтирования обмоток 13 возбуждения регулирующим тиристором 14. Для этого подают импульс управления 25+ в момент времени tj на регулирующий тиристор, который открьшается и шунтирует обмотку возбуждения тягового электродвигателя, снижая средний ток, протекающий по обмотке возбуждения. Импульс управления 25+ подают с опережением на определенный угол момента времени t, когда регулирующий тиристор 14 закрывается под действием прямого падения напряжения на диоде 16, так как протекающий по диоду ток перезаряда коммутирующего конденсатора 17 превьш1ает ток в регулирующем тиристоре 14, Коэффициент регулирования возбуждения при условии постоянства 30 тока нагрузки и тока обмотки возбуждения в течение полупериода питающего напряжения равен:

20

д ll-lsalJi RiI- R,3+(1-J ,

IB где у,

don

оп

.2()

Т

коэффициент регулирования возбуждения;

относительное время проводимости регулирующего тиристора;

R

I

R

15

относительное время перезаряда коммутирующего конденсатора; сопротивление обмотки возбуждения 13; сопротивление резистора, постоянно шунтирующего обмотку возбуждения. Коэффициент регулирования возбуждения изменяют от максимального, когда импульсы 25+, 24+ подаются одновременно, до минимального допустимого для тягового электродвигателя, увеличивая относительное время проводимости регулирующего тиристора у.

Аналогично преобразователь работает в отрицательный полупериод питающего напряжения.

В инверторном режиме преобразс ва- тель работает следующим образом.

Для обеспечения рекуперативного торможения при последовательном соединении обмоток возбуждения тяговый электродвигатель переводят в генераторный режим. Для этого реверсируют обмотку 13 возбуждения ,или якорь 5 тягового электродвигателя (реверсор на фиг.1 не показан). В начале положительной полуволны напряжения т,ок генератора замыкается в буферном контуре. образова;нном тиристорами 8 и 10 и регулятором возбуждения (фиг.1

и 3)„ В момент времени t подают импульс управления 22+ на тиристор 12, Ток генератора переходит из тиристора 10, который закрьгоается под действием напряжения на коммутирующем конденсаторе 17, превышающем напряжение на секции 2 вторичной обмотки (полярность напряжения показана на фиг.1 без скобок), в секцию 2 вторичной обмотки силового трансформатора, тиристор 12 и коммутирующий конденсатор 17. Происходит колебательный процесс во входном контуре. Ток генератора протекает против ЭДС трансформатора и энергия передается из цепи выпрямленного тока в сеть переменного тока. Через время, равное полупериоду собственных колебаний входного контура, когда коммутирующий конденсатор перезаряжен током генератора до напряжения, равного первоначальному (полярность показана на фиг.1 в скобках), в момент времени t, подают импульс управления 23+ на тиристор 9. Ток из тиристора 12, ко- торьш закрывается под действием на- . пряжения на коммутирующем конденсаторе 17, превьшающем напряжение на секции 1 вторичной обмотки силового трансформатора, и коммутирующего конденсатора 17 переходит в секцию вторичной обмотки 1 и тиристор 9. Ток генератора протекает по вторичной обмотке против ЭДС силового трансформатора. Колебательньш процесс во входном контуре прекращается. Для перезаряда коммутирующего конденсатора в момент времени t подают импульс управления 24+. В момент вре- мени t подают импульс управления 20+ на тиристор 11 Тиристор 8 под действием напряжения на секции 2 вторичной обмотки закрывается, ток переходит в тиристор 11, Во входном кон

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

туре возникает колебательный процесс, который прекращается до окончания положительной полуволны питающего напряжения через полупериод собственных колебаний входного контура подачей в момент времени t,j импульса управления 21+ на тиристор 7. Ток генератора переходит в буферньй контур, образованный тиристорами 7 и 9.

Регулятор возбуждения работает также, как в выпрямительном режиме работы выпрямительно-инверторного преобразователя. Процессы в отрицательный полупериод протекают аналогично.

Для образования буферного контура в режиме прерывистых токов импульс 21+ подается одновременно на тиристоры 7и9, а21--на тиристоры 8 и 10.

Для запуска преобразователя и первоначального заряда коммутирующего конденсатора, а также для быстрого самовозбуждения тягового двигателя и работы при малых токах генератора импульсы 22+, 23+, 24+ (22-, 23-, 24-) переносят в конец предьщущей полуволны питающего напряжения После нарастания тока импульсы устанавливают в начало полуволны питающего напряжения для повышения коэффициента мощности преобразователя..

Регулирование выпрямленного напряжения преобразователя достигают изменением фазы подачи импульсов 20+, 21+, (21-, 20-). При работе преобразователя запирание регулирующего ти- ристора происходит при перезаряде коммутирующего конденсатора через дроссель независимо от принудительного запирания катодных плеч тирис торного моста.

Кроме того, наличие в преобразователе упрощенного узла принудительной коммутации и гашение регулирующего тиристора регулятора возбуждения током перезаряда коммутирующего конденсатора позволяет существенно упростить преобразователь, снизить установленную мощность вентилей, сократить количество импульсов управления, необходимых для работы преобразователя в выпрямительном и инвертор- ном режимах, что упрощает систему управления. В преобразователе достигается улучшение его регулировочных свойств, обеспечение независимости коэффициента регулирования возбуждения от тока коммутации.

нагрузки и

10

Формула изобретения

Выпрямительно-инверторный преобразователь, содержащий силовой трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена из двух секций, каждая из которых зашунтирована конденсатором, и соединена с цепью нагрузки через тиристорный мост, анодная группа плеч которого соединена с анодом первого дополнительного тиристора, катод которого подключен к средней точке вторичной обмотки силового трансформатора и аноду второго дополнительного тиристора, peгyлkтop возбуждения с двумя выводами для подключения обмот-20 ки возбуждения тягового электродвигателя, к которым подключен регули13653148

длительности рующий тиристор, зашунтированный

резистором и встречно включенным диодом, причем анод регулирующего тиристора соединен с катодной группой плеч тиристорного моста, и узел принудительной коммутации, отличающий- с я тем, что, с целью упрощения, снижения установленной мощности и улучшения массогабаритных показателей, узел принудительной коммутации включает коммутирующий конденсатор, перезарядный тиристор и дроссель, причем коммутирующий конденсатор 15 подключен одной обкладкой к катоду второго дополнительного тиристора и аноду перезарядного тиристора,другой обкладкой - к аноду регулирующего тиристора, а , перезарядный тиристор через дроссель подключен к катоду регулирующего тиристора .

w

27

25

is h

iiO tH

in

/«Л.

t s t s

W2(2S222St

22+

2324

:0iи

ifo

// //2

if4 if8

25

112.324W21