Выпрямительно-инверторный преобразователь электроподвижного состава

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 623 о)о В 60 1 9 2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИА ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Научно-исследоваельскии, иросктноконструкторский и технологический институткомплектного электроириводз).сель ив обретения -- нов ышсиие К1, 1В ыирям ительно-и н вс рторнц й иреобрд зова. гел ь электроподвиж ного ссх тдвд с гдс ржидва однофдзных моста главных тиристоров 3 6 и 7 О, входом подключенных к вто ричиой обмоткетягового трансформа тора . Выходы мостов тиристоров 3 6 и 7- О иодключсиы к ндгрхдкдм 12 и и. ирсдставляюпсим собой цепи иослсдовдссль. но соединенных сглаживаюьцих рс акторов 14 и тяговых коллекторньх двигдтелс й 15 Вентильпый мост а диодах 16 19 входм подключен к обмотке 11, а выодом фильтровому конденс дтору 20 Здиирдс мьи тиристоры 21 и 22 подключены межа) иы водами постоянного токи вентильиог мся г нд диодах 69 и одноименными сим вьводдх 1 и х ирисгояи 1 1и,ф-лы, 5 ил.зИзобретение относится к транспорту и ;,ожет быть использовано во входных преобр зоателях электровозов переменного тока для питания как коллекторных, так и б сколлекторных тяговых двигателей.Цель изобретения - повышение КПД.На фиг. 1 представлена принципиальная с хема вып ря мительно-инверторного преобразователя электроподвижного состава, выполненная с использованием запираемых тиристоров; на фиг. 2 - принципиальная схема выпрямительно-инверторного преобразователя электроподвижного состава, выполненная на тиристорах; на фиг, 3 и 4 - временные диаграммы изменения токов и напряжений в преобразователе соответственно для выпрямительного и инверторного режимов работы; на фиг. 5 - временные диаграммь токов и напряжений в элементах хзла коммутации.Выпрямительно-инверторный преобразова гель э ектроподвижного состава содержит гоньй рансформатор 1 (фиг. 1), первича охотка которого через токосъемник одсоеди ена к контактной сети 2 пере,. но о тока, однофазные мосты главных ристоров 3 - 1 О, выводами переменного гока подсоединенные к вторичной обмотке 11 - гового грансформатора 1, а выводами посгонного тока к нагрузкам 12 и 13, к жл;из которых представляет собой цепь и. о.е оваг льно соединенных сглаживаюц с 1 ч актора 14 и коллекторного тягодн;гателя 1 "1 с независимой обмоткой возбуждения (не показано). Преобразо: ге. ь содержит также мост на диодах 6 ч, нывсдзми переменного тока под, оченный к вторичной обмотке 11, а выами постоянного тока - к фильтроому ,денсатору 20, и запираемые тиристоры 2 и 22, подключенные между од оименными выводами однофазных мостов :, .:вныл гиристоров и диодного моста. На фиг. " запираемые тиристоры 21 и 22аза г виде тиристоров, снабженных общим л.ухтактным узлом 23 принудительох коммутации 23, содержащим две цеочки погарво последовательно соединенных коммутиующих тиристоров 24 и 25 и заряд. х тирисгоров 26 и 27, которое анодами и кагодами подключены к выводам постоянного тока диодного моста 16 - 19, коммутируюцую цепь из соединенных послед.вительно реактора 28 и конденсатора 29, ве цепочки попарно последовательно сое,иненных зарядных диодов 3 и 31 и возвратных диодов 32 и 33, катодамиано;,чи подключенные к выводам постоянного тка диодого моста 16 - 19, коммутирующий :расформатор, первичная обмотка 34 кото;го подключена между общимц точками си."инения зарядных тиристоров 26 и 27 и ра;1 ядных диодов 30 и 31, а вторичная слотка 35 .между общими точками соедисни р:зрядных диодов 30 и 31 и возвратных диодов 32 и 33, анодную группу 36 и 37 и катодную группу 38 и 39 распределительных тиристоров, подсоединенные к общей точке 40 соединения зарядных тиристоров 26 и 27 и к выводам постоянного тока однофазных мостов главных тиристоров 3 - 6 и 7 - 10.Выпрямительно-инверторный преобразователь работает в выпрямительном режиме следующим образом.10 В исходном состоянии конденсатор 20заряжен до амплитуды питающего напряжения С (фиг. 3) г 1 редположи,4, первоначально приводили тск тиристоры 4, 6 и 7,9, образовывая буферный контур для протекания токов 1 г, з нагрузок 12 и 3. В момент времени 1 включаются тиристоры 3 и 10. На интервале времени 1".(г осуществляется естественная коммутация тиристоров 4 и 9, в процессе которой о токи нагрузок 12 и 13 под действием напряже ния 1 (полярность 3 показана на фиг. 1 и2 стрелкой) перетекают из коммутируемых тиристоров во вторичную обмотку 11, и замыкаются по цепям: 12, 6, 11, 3, 12 и 13, 10, 11, 7, 13. В момент времени 1 з начинается первый этап гашения сетевого тока включением запираемых тиристоров 21 и 22.На интервале времени 1 з 14 под действием напряжения Ого, превышающего мгновенные значения сетевого напряжения, ток, равный по величине току одной на грузки, вытесняется из тиристоров 6 и 7 и обмотки 1 и нарастает в конденсаторе 20 (го), частично его разряжая, В момент времени 4 токстановится равен половине своего первоначального значения и замыкается по цепи: 11, 3, 12, 21, 20, 22, 3, 35 10, 11. Под действием разницы напряжений ( го - 1), встречно приложенной к тиристорам 6 и 7, они восстанавливают свои запирающие свойства. Запираемые тиристоры 21 и 22 по сигналу блока управления (не показаны) выключаются, а тирис торы 5 и 8 включаются. Токи 1 г, 1,обеих нагрузок замыкаются в буферные контуры, образованные тиристорами 3, 5 и 8, 10, а токзамыкается через конденсатор 20 по цепи: 11, 18, 20, 7, 11. На 45 интервале 14.Л; осуществляется второ этапгашения сетевого тока, при котором ток спадает к нулю под дейсгвием на.;ряжения конденсатора 20, частично заряжая его.Выпрямительно-инверторный преобразователь в инверторном режиме работает 50 следующим образом.Первоначально, под действием ЭДС тяговых дви ателей 15, работающих в енераторном режиме, токи нагрузки 12 и 13 замыкаются в буферных контурах по цепям тиристоров 4, 6 и 7, 9 В момент вре мени 1 о (фиг. 4) включаются запираемыетиристоры 21 и 22. Начинается первый этап принудительной коммутации нараста.ния сетевого тока, в процессе которогоНа ИНТЕрВаЛЕ ВРЕМЕНИ 1,1 ПОЛ 1 ЕИСТЕ(ИЕ" напряжения Г. ток из тнристорсв 6 и вытесняется в цепь обмотки 11 и ло- денсатора 20, частично разряжд. го по цепи: 11, 4, 12, 21, 20, 22, 13, 9, 11. Г 5 чомент времени (; тиристоры 6 и 7 при(у дИтЕЛЬНО ЗаПИравтСя ПОд дЕйетВИч Обрдтного напряжения, равного рдзни е (с)о - (. Запираемые тиристоры 2 и 22 по сигналу блока управления выключаются, а тиристоры 5 и 8 -- включаются. Часть суммы токов нагрузок 12, 13, превьдющая текущее значение сетевого тока в момент е;, замыкается по цепям: 12, 4, 18, 20, 17, 4, 12 и 3, 9, 18. 2 Г), 17.8, 1;. частич (О зариндя конден(31 2) О. дйс Гнис напряжения ., НонднсатОрд 2(, Об) отке 11 увеличивзе.ся т и Его цс; и. 20 18, 11, 17.20. В мо) ент 1 ток , логтигдс т )О Величине суммыОков 1; 1 ), которые замыкаются к цепям: 12, 5, 11, 1, 12 и 13, 9, 11, 8, 13. Далее на интервале (1), прои- ходит процесс естественной ломмутдции тиристоров 4 и 9 и перпо; токов 1., 1), из обмотки 11 в це;ь буфер)(ых нснтуроч, Образованных тиристордмч 4, 5), О.ВО втором полупериоде )тзнцеГс напряженияия преобразователь работа. е в выпрями- тельном и инверторноч рсжцмдх дналоги,;- но описанному выще.Из приведенного вын)с (пианцялсЛуЕт, ЧтО На ПЕРВОМ Этан( ГдНС НЧ СЕ- тевого тока в выпрямитсльном ре;киче и нарастания сетевого тока в инврзОНом рс.- жиме происходит вывод избыточной э)(ргии коммутации из фильтрового конденсатора в нагрузку, д и, Втором этапе наког)лсние изб,.Очий э(с ргии кочму;щии в фильтровом л,.(депсатор. Изхсня-,лительность процсгса Вьвола избыточ;(Ой э)ц ргии изменением прололкитезьно(ти проВО дящего состояния тирисгоров 21 и 22 чожно регулировать средн е начение нзпряже.ния нз фильтровом кондссд 1е, Од ерж)вая предкочм) г;зционное зндчсч)ис (дпр- жения нд заданном уровнсИзменяя фазовое полж.ние им)уль,ов включения тиристор )В олног.;лдв)нго моста (3, 4) независимо От тиристоров други моста (9, 10) с чощьн бг)ОК) упр,)В- ления, можно осущссстви ь инд)виду;.ль)н)с регулирование тягов)х .Виезсй 5 обеих нагрузок 12 и 13Общий дзух 1 лгны)( уз л)и. 2 ),;и- дительной ко,муз зции (УП):) работает с,)"- дующим о(разом.Прк его рабО(е )енер (р 1(я коммутирующие импульсы тока, кс;торы и )ользук. ся для коммутации тиргор В .1 и 22 Г 1 ри этом г;)авные тиристоры 5, 6 и 7 8 так ке Оке)зьвдн)тс Я )Од ВО(,( Внсч )О) с) с ) и)ун)- щих импульсон тока, ч 1)озв л)Г ирину дительно вык ючать главные тиристоры, не дожидаясь ок )нчательного с ддд к нулю т кд тирцстор.;д)(с)вич )ц 5),Е.Н) 5; лОденсдтз д. ,дпричер, при нобходич( сзиумсне,:ения времени Вь)вода энс.р ии КОчмстдн.: иконд."нсзт рд 20Р:г ту хс(ле 23 рд ссчотрим нд и;)имии;Ос(с,) принудильнО;О Выклн ч(ия т -1 и 1 ора 21 в моментилц 1-. 1:ри э ,ч,,Опх( т)х(,( )13 В)й ) ирит)1л )(Оме )т 1 (или 1-) а солится еш в проВОД)сССОГоянс(И.,3 СТ)М ДКЛСХперВО д )дльно кочмути; ) ющий конлс н( 3) р10 29 б,ъ.1 (дрЯжс с 1)олЯ)Иос Гьн, )Олдз;и)- Ой (Д фИГ . ОТ фи)ЬТРОЕ(ОО ) )Н(Н.зтор 2 ) по цепи тириторов 25 и 26с 5 мом(нт времени (вклн)чается коммутиру ю)ций тцристор 24 и распрн еслильный тири(:)ор 38. Под действисч ндпряже 15 , )ни; коммутирующего конденсатора9 токГирисзр;) 2 и тцристорд 6 Вытесня( г як,ччутирунщий контуП ИО Сени 29, 28,24, 21 (17, 16), 38, 29 Е чомс н ВрсМ НИ 1 1 ОК Эт ГО КОНТУР; ) ДС сз)ГДС) ВС2,)иВфф ), )Звн)и сх ммс токОВ ); - 1 - ) (фиГ Г),тири О;ь) 6 ц 21 бссточив;(нтся. 11;)1 (."рВ;,)( Втсмсни 1 1 и ( ыт ")ныЙ ток кочму Гирхнццсго лоцгура здчыл;)с т Я О цспи8 4;511 ри )с л,)иц, )Ол,25цср(среичн)О Обмс) ку .Ос(с)х Гимнцс От)(н.формд) Ор( 54 н) с ГО В 1 О(г,н) ОГмсг; с 35 наводи) ся .Л,с, НО3 йсвиемс) ГОГОи прОсл; Г тол ВтО 1 и)ОиОс)ОК),здс(ыл;Я цепи 3:. 5, ),:5(, 5 О 1носительно и(ООГ)ьп Ои тОК ) Горич ной (бмО)- 30 )ком х)у 1 иру не(. О трз) фо мд Орд 3)рзкти )вски, н оказывает влияния н; В(- . и ) и нгс ) ), и р 5) ж с и и я к( н,Р н с д т Ор а 2 Г), О( ,) длаюпСГО бочьшс)й емкостьн Гдкич сбрззом,д Врх(51 протканин избыточногО к;)леб;.) ьно тн:) Ис 1( лом чътирун Ни й ) ):сфРМ)ОР НО В 1 ОРИЧНОИ ,)МНТК( )(В,) ис ) ся прис(сх ГОльный ими.ьс (О 5 лсч 1 яс:)5(пт)5(тулой, равной дпряксс(ин ряд;кондсн 31 Орд 20 )хоэффицис нт трдфор ),ц),ц комс тирансцс ГО трансфОр)с(,1 О); Вь)б.рдют таким, чтобы амплитуда прямоу г:.)ь 4- НОГ ччпульсд напряжения, ВзводчО)с4 О) )В и) )и ( В ) с О т к с ) 4 , с(т ) В ) 5(,) )(,и , с )с )40 60 В.;)екдзднны и;(И,.1 ьс ндпряжс")ичприклд,ывается в обратном ндпрдвлнии ктири Тора 6 21, сн( с Обствх я Вс т; 45.О В,) И (ХД Н)1, ) с с ВВСнс и )ьп.;ни)сс и ( и рг) нрсмя Вык.)н-1 О лг ; Всрс нця прОНсс, НОч с.,)с ) и: Осретени 2 д2 бЮ м- ъ сто Л главплые тиристоры 3, 4 и 9, 1 О. Процесс принудительногс выклк)чения тириторов 3, 4 и с), 1 О в этом случае протекает аналогии)го описанному вышс 11 ри нс)м ч;с Отд коммутации увеличивается в 2 раза.Из приведенного описания работы выпрямитл ьно-инв, рторно о преобразователя в Обоих режимах работы видно, что в и роцессе принудительного гашения сетевого тока в выпрямительном режиме и принудительного нарастания тока в инверт рном р - с) жиме фильтровой конденсатор 20 схрдчисг днополярное напряжение, содерк)цее- 1 с)льшие пульсации, определяемые величиной импульсного тока конденсатора, мплитудд которс)го пе првышдт величипь выприм 1 нного гока Одной из дву и, р и В результате более лучшего испг; ьчовдни) конденсатора в ч;1 т ности, ис кчк)ч;ииГрр;.)ряда и тЧс ИИПОЛуПЕрИОда СтЕВОй 1,т ы, ни сс)к)т я потери в конде:, с асор 2 г) и ,ири:горд 21, 22. 2 с)с ) 1 1 11 и 11111 к с и и д,1 ь и О Й вс. и ч и и 1 4 и с1 ппп 1 ижепииз .чет большои емкости 1 п, и т)ов ио кидеиатс)рс) Ид уровпс 15 - 2)" г дм)литуды питающего напряикс 11 И 1 Мож 1)КЖ 11 ЖДЬ КаС тПИ д)10 м КО 1),тн 01 И,к и су 1 мзр 1 ысь.р и ) с и.1 О в ь) х и 1б 1) 1 ), . 1 1 ыпрямитссЬно-инверторный п 1 собра.Осатель э.)е),грс).,):свижт с) состава, одсрикапсий по крайней мере три веньныО,сф)1 з 1 ых мос":1, два их кото 1)ых Од 11 и ичидгоналими по к.юче):,ы к вторич);Ой Обмот 8ке тягового трансформатора, а другими к соответствующим тяговым двигателям, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД,он снабжен соединенными последовательно прерывателями и фильтровым ко 1 тденсатором, последний из котсрых в)лючен в одну из диагоналей выполненно о на диодах третьего моста, другая диа ональ которого соединена с вторично б МотКОй тяГОВОГО траиефОрМатОра, Првч, М ".:д,:и к. выво,)ов прер вдтелей со. чинены . От,твен.о с:,нсд и г 1 уппой всиилейрвоО и катоднои г.уп ой в-Отс .-о мостов.11 рс )с, д Овато 11, по и, дт 1 ццтю щгя тем, что 1, )ывд), выполне 1;ь на сири орах с спсим у л,м коммутации, ко)ор,Й первь,)и, вт",ми ч третьими выводами;)о )ключеОогиетстненно к однои диагонзли третьегс. и другим диагона.пм првого и второ мостог, причем узел комутаси . состоит из тиристорного и диод:го мо.тов, в одни ; диагоналей которых вклк)пены соотвс гствнно коммутирующая и пь и стдиненных пос,т доватеЬно реак-Ори и конденсагора и одна из обмоток ) .т пру юс)ег трансформатора, другая бмокд которого пд тючена к Одним из в ь одов ко 1 1 ут ирукщй цепи и одной избм )ток комм, ирующего трансфс)рматора, и рапрс,;. лит ельпых тиристор тв, подключен- ЫХ ОД)ИГИЗ ВЬ)ВОЧОВ К ОДНОМУ ИЗ ЯЫ. додсв к)у и),юцей цепи, причем другие ;,изг Или т ри.торногс) и диодного мосгов и;иют ,1.ьми выводами, а другие .: 11 ды рдпределительных тириторов вО 1 ым. и третьими вы;,дами общего уз. . а кмм)т;сии,(ни)(ги, 11 К( (,)ригКрич)л лиррикр1)Г)р ч;)р11 ис)ис ирг гс ниич и лр)ич ири111 , ).1)