преобразователь собственных нужд электровоза

Формула изобретения

Преобразователь собственных нужд электровоза, содержащий в каждой секции электровоза статический преобразователь, состоящий из конденсаторного делителя напряжения контактной сети, средняя точка которого соединена с первым выводом первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой соединен с эмиттером первого транзистора и коллектором второго транзистора, коллектор первого транзистора соединен с первым выводом конденсаторного делителя, а эмиттер второго транзистора соединен со вторым выводом конденсаторного делителя, выпрямитель, вход которого соединен со вторичной обмоткой трансформатора, и регулятор напряжения, отличающийся тем, что он снабжен в каждой секции сглаживающим реактором, имеющим вывод для подключения к токоприемнику электровоза и другим выводом, соединенным с первым выводом конденсаторного делителя, и ШИМ-контроллером, вход которого подключен к выходу регулятора напряжения, первый выход ШИМ-контроллера соединен с управляющими цепями первого транзистора статического преобразователя первой секции и второго транзистора статического преобразователя второй секции электровоза, а второй выход ШИМ-контроллера соединен с управляющими цепями второго транзистора статического преобразователя первой секции и первого транзистора статического преобразователя второй секции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрооборудованию электроподвижного состава, преимущественно к электровозам постоянного тока.

Известен преобразователь собственных нужд электровоза для электропитания цепей управления, освещения, сигнализации, связи и заряда аккумуляторной батареи, содержащий в каждой секции электровоза статический преобразователь, состоящий из сглаживающего реактора, имеющего вывод для подключения к токоприемнику электровоза и другим выводом соединенного с конденсаторным делителем напряжения контактной сети, средняя точка которого соединена с первым выводом первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой соединен с эмиттером первого транзистора и коллектором второго транзистора, коллектор первого соединен с первым выводом конденсаторного делителя второго транзистора, а эмиттер соединен со вторым выводом конденсаторного делителя, выпрямитель, вход которого соединен со вторичной обмоткой трансформатора (см. Электровозостроение: Сб. науч. тр. ОАО "Всерос. н.-и. и проектно-конструкт. ин-т электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ"). - 2003. - Т.45 - 425 с., на с.188, рис.3.1).

Этот преобразователь имеет большие пульсации напряжения на входах статических преобразователей каждой секции, что приводит к дополнительным потерям электроэнергии в электрооборудовании электровоза и нарушениям электромагнитной совместимости с системой СБЦ.

Наиболее близким по технической сущности является преобразователь собственных нужд электровоза, содержащий в каждой секции статический преобразователь, состоящий из конденсаторного делителя напряжения контактной сети, средняя точка которого соединена с первым выводом первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой соединен с эмиттером первого и коллектором второго транзисторов, коллектор первого транзистора соединен с первым выводом конденсаторного делителя, а эмиттер второго транзистора соединен со вторым выводом конденсаторного делителя, выпрямитель, вход которого соединен со вторичной обмоткой трансформатора, и регулятор напряжения, выходы которого соединены с управляющими цепями транзисторов (см. Электровозостроение: Сб. науч. тр. ОАО "Всерос. н.-и. и проектно-конструкт. ин-т электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ"). - 2003. - Т.45 - 425 с., на с.160).

Этот преобразователь собственных нужд имеет большие пульсации напряжения на входах статических преобразователей каждой секции, что приводит к дополнительным потерям электроэнергии в электрооборудовании электровоза, а также генерации псофотоков, мешающих работе устройств СБЦ.

Задачей изобретения является снижение дополнительных потерь электроэнергии в электрооборудовании электровоза и улучшение электромагнитной совместимости электровоза и систем СБЦ.

Поставленная задача решается тем, что известный преобразователь собственных нужд, содержащий в каждой секции электровоза статический преобразователь, состоящий из конденсаторного делителя напряжения контактной сети, средняя точка которого соединена с первым выводом первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой соединен с эмиттером первого транзистора и коллектором второго транзистора, коллектор первого транзистора соединен с первым выводом конденсаторного делителя, а эмиттер второго транзистора соединен со вторым выводом конденсаторного делителя, выпрямителя, вход которого соединен со вторичной обмоткой трансформатора, и регулятор напряжения снабжен в каждой секции сглаживающим реактором, имеющим вывод для подключения к токоприемнику электровоза и другим выводом соединенным с первым выводом конденсаторного делителя статического преобразователя, и ШИМ-контроллером, вход которого подключен к выходу регулятора напряжения, первый выход соединен с управляющими цепями первого транзистора статического преобразователя первой секции и второго транзистора статического преобразователя второй секции электровоза, а второй выход соединен с управляющими цепями второго транзистора статического преобразователя первой секции и первого транзистора статического преобразователя второй секции, причем первые выводы конденсаторных делителей статических преобразователей обеих секций объединены.

Объединение выходов сглаживающих реакторов и входов конденсаторных делителей и снабжение устройства ШИМ-контроллером позволяет синхронизировать работу статических преобразователей в противофазе, тем самым повысив частоту потребляемого из сети тока, снизить пульсации напряжения и тока электровоза и потери электроэнергии, снизить псофотоки и радиопомехи, повысить электромагнитную совместимость с системой СБЦ.

На фиг.1 представлена схема преобразователя собственных нужд электровоза, на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства.

Преобразователь собственных нужд электровоза (фиг.1) содержит два статических преобразователя, размещенных в первой и второй секциях электровоза. Каждый из них состоит из сглаживающего реактора 1, соединенного с конденсаторным делителем 2, 3, средняя точка которого соединена с первым выводом первичной обмотки трансформатора 4, второй вывод которой соединен с эмиттером первого транзистора 5 и коллектором второго транзистора 6. Коллектор транзистора 5 подключен к точке соединения первого вывода емкостного делителя 2, 3 и сглаживающего реактора 1, объединенной с такой же точкой во второй секции, а эмиттер второго транзистора 6 соединен со вторым выводом емкостного делителя и с общей шиной. Вторичная обмотка трансформатора 4 подключена ко входу выпрямителя 7. Управляющие цепи транзисторов соединены с выходами ШИМ-контроллера 8, причем первый выход ШИМ-контроллера соединен с управляющими цепями первого транзистора 5 первой секции электровоза и второго транзистора 6 второй секции электровоза, а второй выход ШИМ-контроллеров с управляющими цепями второго транзистора 6 первой секции электровоза и первого транзистора 5 второй секции. Вход ШИМ-контроллера 8 соединен с выходом регулятора напряжения 9.

Устройство работает следующим образом.

На фиг.2 обозначены: ТГ - импульсы тактового генератора ШИМ-контроллера 8;

U ₅, U₆, U₇, U₈ - напряжения управления на соответствующих транзисторах;

i - суммарный ток через сглаживающие реакторы первой и второй секций.

В первом тактовом импульсе (фиг.2) ШИМ-контроллер 8 открывает транзистор 5 первого статического преобразователя, пропуская через первичную обмотку трансформатора 4 импульс тока i₁ в положительном направлении (показано стрелкой на фиг.2). Через открытый транзистор 6, конденсатор 3 и первичную обмотку трансформатора 4 второй секции протечет импульс тока i₂ в обратном направлении. Длительность импульсов определяется регулятором напряжения 9 в соответствии с поддержанием необходимого уровня напряжения на выходе выпрямителей 7. Во втором тактовом импульсе открываются транзистор 5 второго статического преобразователя во второй секции электровоза, пропуская через первичную обмотку трансформатора 4 импульс тока i₂ в положительном направлении, и транзистор 6, пропуская через первичную обмотку трансформатора 4 и конденсатор 3 первой секции импульс тока i ₁ в обратном направлении, после чего процесс повторится.

Одновременное включение транзисторов 5 и 6 в разных секциях позволяет потреблять ток через реакторы 1 секции одним транзистором 5, при этом ток первичной обмотки другой секции течет через другой транзистор 6 через предварительно заряженный конденсатор 3.

Таким образом, через включенные параллельно реакторы секций протечет ток с удвоенной частотой пульсации и меньшей амплитуды, обеспечив при данных параметрах преобразователя собственных нужд минимальные пульсации входных тока и напряжения преобразователя, тем самым снизив потери электроэнергии в электрооборудовании. Кроме того, улучшенная форма входных тока и напряжения преобразователя собственных нужд снижает уровень псофотоков, мешающих работе устройств СБЦ и КЛСБ.