Выпрямительно-инверторный преобразователь электроподвижного состава переменного тока Советский патент 1990 года по МПК H02M7/757 H02M7/162 B60L9/12 

//

.КЗ W,

ie is

315611

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано во входных преобразовательных устройствах с принудительной коммутацией тиристоров, предназначенных для питания как коллекторных, .так и бесколлекторных тяговых двигателей электровозов переменного тока.

10

Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей путем снижения установленной мощности коммутирующего оборудования.

На фиг.1 приведена принципиальная 15 электрическая схема обратимого выпря- мительно-инверторного преобразователя; на фиг.2 - временные диаграммы токов и напряжений в элементах преобразователя, а также временные диа- 20 граммы состояний тиристоров для выпрямительного режима работы; на фиг.З - то же, для инверторного режима работы преобразователя.

Выпрямительно-инверторный преоб- 25 разователь содержит тяговый трансформатор 1, первичная обмотка которого через токосъемник 2 подсоединена к тяговой контактной сети, два однофазных моста главных тиристоров 3-6 и 0 7-10, выводами неременного тока подсоединенных к вторичной обмотке 11 тягового трансформатора 1, а выводами постоянного тока - к нагрузкам 12 и 13, каждая из которых представляет , собой цепь из последовательно соединенных сглаживающего реактора 14 и коллекторного тягового двигателя 15, однофазный мост коммутирующих тиристоров 16-19, выводом положительного Q полюса подключенный к выводу положительного полюса моста главных тиристоров 3-6 и выводом отрицательного полюса подключенный к выводу отрицательного полюса моста главных тирис- 45 торов 7-10, а выводами переменного тока подсоединенный к выводам коммутирующего конденсатора 20, и блок 21 управления, соответствующими выводами подключенный к управляющим CQ электродам тиристоров 3-10, 16-19. В качестве блока 21 управления может быть применена, например, система им- пульсно-фазового управления.

Преобразователь в выпрямительном режиме (фиг.1 и 2) работает следующим образом.

Предположим,, что первоначально проводили тиристоры 3, 5 и 8, 10.

0

5 0

5 0 , Q 45 CQ

824

Токи in и i f3 нагрузок 12 и 13 замыкались в буферных контурах по цепям: 12; 4; 6; 12 и 13; 8; 10; 13.

Предположим также, что первоначально, коммутирующий конденсатор 20 был заряжен до напряжения U2o, по величине равного амплитудному значению .напряжения вторичной обмотки 11 (U,ff) трансформатора 1 о Полярность напря- . жения U20 показана на фиг.Л.

В момент времени 0 включаются тиристоры 4 и 9 о Под действием напряжения U,|f , полярность которого показана на фиг, стрелкой, токи ifjH ijg перераспределяются из буферного контура в обмотку 11 и протекают по цепям: 12; 4; 11; 5; 12 и 13; 8; 11; 9; 13. При этом к нагрузкам 12 и 13 прикладывается напряжение UJf .

В момент t f включаются тиристоры 16 и 19. Под действием напряжения иго ток ijf во вторичной обмотке начинает спадать, а в конденсаторе 20 увеличивается по цепи: + 20; 16; 5; 11; 8; 19 и -. Токи в тиристорах 5 и 8 также спадают. В момент t после запирания тиристоров 5 и 8 и восстановления их непроводящих свойств ток i1t снижается в два раза, становясь равным по величине токам нагрузок 13 и замыкается по цепи: 11; 9; 13; 19; 20; 16; 12; 4; 11. Далее на интервале времени конденсатор 20 перезаряжается током нагрузки. В момент tj , когда напряжение U10 начинает превышать текущее значение переменного напряжения Utf , открываются тиристоры 6 и 7. На интервале времени t3-t. токи нагрузок 12 и 13 замыкаются в буферные контуры по цепям: 12; 4; 6; 12 и 13; 7; 9; 13, а ток обмотки 1 спадает к нулю под действием встречного напряжения конденсатора 20 (полярность напряжения U2o противоположна показанной на фиг.1). При этом электромагнитная энергия, запасенная в индуктивностях цепи обмотки 11 током . , поступает в конденсатор 20, повышая на нем напряжение до некоторой величины. В момент t тиристоры 16 и 19 запираются.

В следующем полупериоде переменного напряжения U(1 дозаряд конденсатора 20 до исходной величины напряжения может осуществляться, например, при помощи обычного зарядного

моста от собственно питающей обмотки 11 на интервале времени ts - t. Тот же результат можно получить без применения специального зарядного устройства, например путем задержки момента включения главных тиристоро 6 и 7Г так как до их включения ток нагрузки ij2 ifj протекает через конденсатор 20, линейно повышая на нем напряжение (фиг.2, пунктирная линия U50 и 1„ ).

Изменением момента включения тиристоров 3, 4, 6 и 10 относительно нулевой фазы напряжения U,, достигается независимое (индивидуальное) регулирование напряжения на нагрузках.

Далее процессы протекают согласно временным диаграммам, показанным на фиг.2, аналогично описанному.

Таким образом, при работе преобразователя в выпрямительном режиме осуществляется процесс принудительного гашения тока в обмотках тран форматора в два этапа с помощью коммутирующего конденсатора. На первом этапе производится принудительное запирание двух главных тиристоров при коммутации в них тока, равного половине полного тока трансформатор а на втором этапе - искусственная коммутация второй половины его тока что позволяет уменьшить по сравнению с прототипом величину емкости, исключить холостой перезаряд коммутирующего конденсатора и снизить его установленную мощность.

Преобразователь в режиме зависимого инвертирования (фиг.1 и 3) работает следующим образом.

Предположим, что первоначально проводили тиристоры 3, 5, 7, 10, а конденсатор 20 был заряжен напряжением, полярность которого показана на фиг.1. Токи нагрузок 12 и 13 замыкались в буферных контурах по цепям: 12; 3; 5; 12 и 13; 8; 10; 13.

В момент времени 0 включаются тиристоры 16 и 19. Под действием напряжения конденсатора 20 (иго) ток в тиристорах 5 и 8 начинает уменьшаться, одновременно увеличиваясь в обмотке И по цепи: + 20; 16; 5; И; 8; 19, - 20. В момент

t после запирания и восстановления непроводящих свойств тиристоров 5 и 8 ток в обмотке 11 достигает величины, равной 0,510 1ц i fi и за0

5

0

5

0

5

0

5

0

мыкается по цепи: + 20; 16; 12; 3; 11; 10; 13; 19, - 20.

На интервале времени t т - t( конденсатор 20 перезаряжается на обратную полярность, противоположную показанной на фиг.1,

момент t . - момент начала превышения напряжением над текущим значением переменного напряжения Ufl - включаются тиристоры 6 и 7.

На интервале времени tj -tg токи i(2 и i f э перераспределяются из цепи, тиристоров 16 и 19 и конденсатора 20 в цепь тиристоров 6 и 7 и обмотки 11.

В момент tg ток обмотки 11 достигает по величине суммарного тока обеих нагрузок, тиристоры 16 и 19 запираются под действием встречного напряжения конденсатора 20. Токи in и Ј0 замыкаются по цепям: 12; 3} 11; 6; 12 и 13; 7; И; 10; 13. При этом к нагрузкам 12 и 13 прикладывается встречное напряжение U,

В момент t 0 включаются тиристоры 4 и 9. Под действием напряжения тиристоры 6 и 10 запираются, а токи п и -Ч э замыкаются по цепям: 12; 4; 6; 12 и 13; 7; 9; 13.

Изменением момента включения тиристоров 4 и 9 осуществляется регулирование напряжения на выходных зажимах преобразователя,

В следующем полупериоде переменного напряжения U(1 процессы протекают аналогично описанному согласно временным диаграммам, показанным на фиг.З.

Таким образом, при работе преобразователя в инверторном режиме осуществляется процесс принудительного нарастания тока в обмотках трансформатора в два этапа с помощью коммутирующего конденсатора, причем принудительное запирание двух главных тиристоров производится на первом этапе при коммутации тока, равного по величине половине полного тока трансформатора. В результате снижается установленная мощность коммутирующего конденсатора по сравнению с прототипом за счет уменьшения требуемой величины емкости и исключения холостого перезаряда.

Формула изобретения

Выпрямительно-инверторный преобразователь электроподвижного состава

переменного тока, содержащий дна однофазных моста, выполненных на основных тиристорах, выводы переменного тока которых объединены и образуют входные выводы, а выводы постоянного тока - две пары выходных выводов, узел принудительной коммутации с коммутирующим конденсатором, отличающийся тем, что, с целью улучшения массо-габаритных показателей путем снижения установлен

ной мощности коммутирующего оборудования, узел принудительной коммутации выполнен в виде четырех коммутирующих тиристоров, собранных по схеме однофазного моста, каждый вывод постоянного тока которого подсоединен к одноименному выводу постоянного тока соответствующего моста на основных тиристорах, а выводы переменного тока подсоединены каждый к своей обкладке коммутирующего конденсатора.

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и предназначено для питания двух одинаковых нагрузок постоянного тока. Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей путем снижения установленной мощности коммутирующего оборудования. Преобразователь содержит два моста на основных тиристорах (первый мост на тиристорах 3-6, второй - на тиристорах 7-10), питаемых от общей сети переменного тока, и узел принудительной коммутации в виде однофазного моста на коммутирующих тиристорах 16 - 19 с коммутирующим конденсаторам 20 в диагонали переменного тока, причем каждый вывод постоянного тока коммутирующего моста подключен к одноименному выводу постоянного тока соответствующего моста на основных тиристорах. Такое подсоединение позволяет одним коммутирующим конденсатором принудительно запирать четрые главных тиристора преобразователя попарно в каждый полупериод. Причем в начале одна пара главных тиристоров, относящихся к различным главным мостам и включенных в цепи коммутации последовательно, запирается в процессе перезаряда коммутирующего конденсатора от исходной полярности напряжения на противоположную, а в следующий полупериод другая пара тиристоров запирается при перезаряде конденсатора вновь до исходной полярности напряжения. 3 ил.

а

04-

17,18 L

Редактор А.Лежчина

Составитель В.Шитов

Техред Л.Олийнык Корректор в.Кабаций

Заказ 983

Тираж 497

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

иг г

РигЗ

Подписное