Выпрямительно-инверторный преобразователь

(57) Изобретение относится кэлектротехники и может быть обласисполь ательо тра зовано в электроподвижном железных дорог переменного изобретения - упрощение, с установленной мощности и у массогабаритных показателе ря использованию упрощенно принудительной коммутации включающего коммутирующий тор 17, перезарядный тирис дроссель 19, и обеспечению став тока ижениеучшениеБлаго СССР81.тчетоезд о узлаиристоров,онденсаор 18 игашения ском а 14 током пего конденсаторегул резар ти комму тел ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ АВТОРСКОМУ С(56) Авторское свидетельствоИф 852660, кл. В 60 Е 9/12, 19Научно-исследовательский оВНИИВ Перспективный электроппеременного тока с плавным пурекуперативным торможением".1980, рис. 3,2. инв. В Б 84422 ирующего ти яда коммута ра достигается у ных свойств устр обеспечивается н циента регулиров тока нагрузки и тации. 3 ил. учшение регулировочйства. При этомзависимость коэффиния возбуждения от65314 2 В 10 20 30 35 подключения обмотки 13 возбуждения тягового электродвигателя, к которым подключен регулирующий тиристор 14, шунтированный резистором 15 и встречно 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 18 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. 2 и 3 приняты следующиеобозначения: Б , 1 - напряжение вто 40 45 50 секции 2 вторичной обмотки в тиристор55 12 и коммутирующий конденсатор 17. 1 13Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования в электроподвижном составе железных дорог переменного тока.Бель изобретения - упрощение,снижение установленной мощности и улучшение массогабаритных показателей. На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема преобразователя; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы его работы, отражающие характер изменения напряжений и токов вразличных элементах схемы соответственно в тяговом и инверторном режимах его работы. Выпрямительно-инверторный преобразователь содержит силовой трансформа. -тор, вторичная обмотка которого, выполненная из двух секций 1 и 2, шунтированных конденсаторами 3 и 4, соединена с нагрузкой, состоящей, например, из якоря тягового электродвигателя 5 и сглаживающего реактора 6,через выпрямительно-инверторный тиристорный мост, включающий тиристоры 7-10, Анодная группа плеч этогомоста соединена с анодом первого дополнительного тиристора 11; катодкоторого подключен к средней точкевторичной обмотки силового трансформатора и аноду второго дополнительного тиристора 12, Устройство для регулирования возбуждения тягового электродвигателя имеет два вывода для ричной обмотки и ток первичной обмотд ,- импульсы токов на тиристорах 7-12, 14 и 18;20+ - 25+ и 20- 25- - импульсы управления соответственно положительной и отрицательной полярности; й -С и 1,-Г. - 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,1Ток нагрузки протекает в начале полу- периода напряжения по буферному контуру, образованному тиристорами 8 и 10 и обмоткой 13 возбуждения, шунтированной резистором 15, В момент времени , импульсом управления 20+включают тиристор 11. Ток нагрузкипереходит из тиристора 8, который закрывается, в тиристор 11, К нагрузке подключается напряжение секции 2вторичной 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 периода собственных колебаний входного контура, в момент времени 1 подают импульс управления 21+ на тиристор 7. Ток двигателей переходит из тиристора 11, который закрывается, в тиристор 7, к нагрузке прикладывается напряжение всей вторичной обмотки трансформатора, колебательный процесс во входном контуре прекращается.Для запирания тиристора 10 подается импульс управления 22+ в момент времени С на тиристор 12. Напряжение на коммутирующем конденсаторе 17 имеет полярность, показанную на фиг.1 без скобок, и величину, превышающую текущее значение напряжения на секции 2 вторичной обмотки силового трансформатора, Ток нагрузки переходит изтиристора 10, который закрывается, и Нагрузка подключена к секции 1 вторичной обмотки и коммутирующему конденсатору 17, Происходит колебательный процесс во входном контуре,3 136531Через полупериод собственных колебаний входного контура, в моментвремени 1 подается импульс управления 23+ на тиристор 9. К этому мо 5менту времени коммутирующий конденсатор перезаряжен током нагрузки донапряжения, равного первоначальному,с полярностью, показанной на фиг.1 вскобках. Ток нагрузки переходит изсекции 1 вторичной обмотки, тиристора 12, который закрывается, и коммутирующего конденсатора 17 в тиристор 9 и протекает по буферному конту. -ру, образованному тиристорами 7 и 9.Колебательный процесс во входном контуре прекращается.Для подготовки коммутирующего конденсатора к коммутации тока в тиристоре 9 в отрицательный полупериодпитающего напряжения на перезарядныйтиристор 18 в момент времени 6 подается импульс управления 24+. Коммутирующий конденсатор перезаряжается донапряжения, равного первоначальному, 25с полярностью, показанной на фиг.1без скобок, через перезарядный тиристор 18, дроссель 19 и диод 16. Импульс 24+ подают в любой момент вре( Тп . 30мени отдо- , где Т- полупериод.собственных колебаний перезарядного контура,При подаче импульса управления 24+в момент времени В он совпадает повремени с импульсом 23+, что позволяет уменьшить количество импульсовуправления преобразователем, Однакоподача импульса 24+ с задержкой поотношецию к моменту времени 1 увеличивает время восстановления запирающих свойств на тиристоре 12, особенно при опережающем гашении тока впервичной обмотке силового трансформатора, по сравнению с окончанием 45полупериода питающего напряжения.Для работы преобразователя в режиме прерывистых токов импульс управления 20+ подают одновременно натиристоры 11 и 10, Для первоначально Ого заряда коммутирующего конденсатораи запуска преобразователя, а такжепри работе преобразователя в областималых нагрузок импульсы 22+, 23+,24+ переносят в начало следующегополупериода питающего напряжения.После нарастания тока двигателей импульсы управления 22+, 23+, 24+ устанавливают в конце положительной по 4 4луволны напряжения для повьшения коэффициента мощности преобразователя.Регулирование напряжения на тяговых двигателях достигается изменением фазы подачи импульсов 20+, 21+.Регулятор возбуждения работает следующим образом.Плавное регулирование возбуждения достигается путем импульсного шунтирования обмоток 13 возбуждения регулирующим тиристором 14. Для этого по. дают импульс управления 25+ в момент времени Сна регулирующий тиристор, который открывается и шунтирует обмотку возбуждения тягового электродвигателя, снижая средний ток, протекающий по обмотке возбужденияИмпульс управления 25+ подают с опережением на определенный угол момента времени йв, когда регулирующий тиристор 14 закрывается под действием прямого падения напряжения на диоде 16, так как протекающий по диоду .ток перезаряда коммутирую 1 цего конденсатора 17 превьппает ток в регулирующем тиристоре 14. Коэффициент регулирования возбуждения при условии постоянства тока нагрузки и тока обмотки возбуждения в течение полупериода питающего напряжения равен:(1 - п, 3"и) к 15О Оп Мвгде у = -- коэффициент регулирова-.оп Тния возбуждения;2 (ц-ь)ъ = ---- относительное время прооопводимости регулирующеготиристора;27 ГЬСв =- в в "- - относительное время пеТрезаряда коммутирующегоконденсатора;К - сопротивление обмоткивозбуждения 13;К - 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 тиристораАналогично преобразователь работает в отрицательный полупериод питающего напряжения.5 13 б 531В инверторном режиме преобразователь работает следующим образом.Для обеспечения рекуператнвного 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 ток генератора замыкается в буферном контуре. образованном тиристорами 8 и 10 и регулятором возбуждения (фиг.1 и 3). В момент времениподают импульс управления 22+ на тиристор 12, Ток генератора переходит из тиристора 10, который закрывается 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 ге; нератора протекает против ЭДС трансформатора и энергия передается из цели выпрямленного тока в сеть переменного тока. Через время, равное полу- периоду собственных колебаний входного контура, когда коммутирующий конденсатор перезаряжен током генератора до напряжения, равного первона 35 чальному (полярность показана на фиг.1 в скобках), в момент времениподают импульс управления 23+ на тйристор 9.Ток из тиристора 12, который закрывается под действием на- . пряжения на коммутирующем конденсаторе 17, превышающем напряжение на секции 1 вторичной обмотки силового трансформатора и коммутирующего кон денсатора 17 переходит в секцию вторичной обмотки 1 и тиристор 9. Ток генератора протекает по вторичной обмотке против ЭДС силового трансформатора. Колебательный процесс во входном контуре прекращается. Для перезаряда коммутирующего конденсатора в момент времени Сподают импульс управления 24+. В момент времениподают 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 4 втуре возникает колебательный процесс,который прекращается до окончанияположительной полуволны питающего напряжения через полупериод собственных колебаний входного контура подачей в момент времени й импульса управления 21+ на тиристор 7. Ток генератора переходит в буферный контур,образованный тиристорами 7 и 9,Регулятор возбуждения работаеттакже, как в выпрямительном режимеработы выпрямительно-инверторногопреобразователя. Процессы в отрицательный полупериод протекают аналогично.Для образования буферного контурав режиме прерывистых токов импульс21+ подается одновременно на тиристоры 7 и 9, а 21- - на тиристоры8 и 10,Для запуска преобразователя и первоначального заряда коммутирующегоконденсатора, а также для быстрогосамовозбуждения тягового двигателяи работы при малых токах генератораимпульсы 22+, 23+, 24+ (22-, 23-,24-) переносят в конец предыдущейполуволны питающего напряжения. Посленарастания тока импульсы устанавливают в начало полуволны питающего напряжения для повышения коэффициентамощности преобразователя.Регулирование выпрямленного напряжения преобразователя достигают изменением фазы подачи импульсов 20+,21+, (21-, 20-), При работе преобразователя запирание регулирующего ти"ристора происходит при перезарядекоммутирующего конденсатора черездроссель 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 существенноупростить преобразователь, снизитьустановленную мощность вентилей, сократить количество импульсов управления, необходимых для работы преобразователя в выпрямительном и инверторном режимах, что упрощает системууправления, В преобразователе достигается улучшение его регулировочныхсвойств, обеспечение независимостикоэффициента регулирования возбужде13 б 531 ния от тока нагрузки и длительностикоммутации. Формула изобретения5 Выпрямительно-инверторный преобразователь, содержащий силовой трансорматор, вторичная обмотка которого выполнена из двух секций, каждая из которых эашунтирована конденсатором, и соединена с цепью нагрузки через тиристорный мост, анодная группа плеч которого соединена с анодом первого дополнительного тиристора, катод ко торого подключен к средней точке вторичной обмотки силового трансформатора и аноду второго дополнительного тиристора, регулятор возбуждения с двумя выводами для подключения обмотО ки возбуждения тягового электродвигателя, к которым подключен регули 4 8рующий тиристор, зашунтированныйрезистором и встречно включенным диодом, причем анод регулирующего тиристора соединен с катодной группой плечтиристорного моста, и узел принудительной коммутации, о т л и ч а ю щ и й "с я тем, что, с целью упрощения,снижения установленной мощности иулучшения массогабаритных показателей, узел принудительной коммутациивключает коммутирующий конденсатор,перезарядный тиристор и дроссель,причем коммутирующий конденсаторподключен одной обкладкой к катодувторого дополнительного тиристора ианоду перезарядного тиристора,другойобкладкой - к аноду регулирующего тиристора, а .переэарядныйтиристор через дроссель подключен к катоду регулирующего тиристора.13653.1 4 едакт лк 54 Тираж 665ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. Заказ 6654/ Подписно жгород, ул. П роизводственно-полиграфическое предприятие,тна Составитель Т.ДобровольскисТехред И.Дидык Корректор А.Зимоко