многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь и способ управления преобразователем

Формула изобретения

1. Многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь переменного тока, содержащий несколько зон на основе параллельных ключевых мостов, соединенных с одной или более вторичными обмотками трансформатора, диодного плеча, образующих схему двухполупериодного мостового выпрямителя с возможностью зонно-фазного регулирования, соединенного с коллекторным электродвигателем, а также имеющим датчик тока первичной сети и датчик напряжения первичной сети, подключенными к системе управления, отличающийся тем, что каждое из ключевых управляемых плеч состоит из последовательно включенных диода и управляемого электронного ключа.

1. Выпрямительно-инверторный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в качестве управляемого электронного ключа используется IGBT транзистор (модуль).

3. Выпрямительно-инверторный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что установлен на электровоз переменного тока.

4. Способ зонно-фазного управления выпрямительно-инверторным преобразователем по п.1, заключающийся в том, что после момента перехода напряжения через ноль с помощью управляемых ключевых плеч на электродвигатель сначала подается напряжение с малой обмотки трансформатора, через некоторое время подается дополнительное напряжение с дополнительной обмотки трансформатора, через некоторое время дополнительное напряжение с дополнительной обмотки трансформатора снимается, отличающийся тем, что время включения и выключения дополнительной обмотки трансформатора выбирается таким, чтобы сдвиг тока сети относительно напряжения сети на первой гармонике сетевой частоты уменьшить до нуля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока.

Известен тиристорный многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь, применяемый в настоящее время на электроподвижном составе (Электровоз ВЛ85. Руководство по эксплуатации). Такой преобразователь состоит из набора тиристорных плеч, образующих схему двухполупериодного мостового выпрямителя, и подключен к тяговому электродвигателю постоянного тока. В такой схеме тиристор запереть в произвольный момент времени невозможно, что совместно с индуктивным характером нагрузки (тяговым двигателем) приводит к тому, что ток сдвигается относительно сетевого напряжения. Основным недостатком такого преобразователя является достаточно низкий коэффициент мощности.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является тиристорный многозонный выпрямитель однофазного переменного тока (патент RU 2322749), в котором многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь, работающий на коллекторный двигатель постоянного тока, дополняется диодным плечом, подключенным параллельно тяговому коллекторному электродвигателю. Недостатком такого преобразователя является низкий коэффициент мощности.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение коэффициента мощности.

На Фиг.1 показан многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь переменного тока 7. Он содержит несколько зон на основе параллельных ключевых мостов, соединенных с одной или более вторичными обмотками трансформатора 2. Трансформатор 2 подключен к силовой сети через пантограф 1. Диодное плечо 6 подключено параллельно коллекторному двигателю постоянного тока 8. Ключевые управляемые плечи 3 (плечи 1..8) состоят из последовательно включенного диода 5 и силового электронного ключа 4. Ключевые управляемые плечи образуют схему двухполупериодного мостового выпрямителя с возможностью зонно-фазного регулирования. Нагрузкой многозонного выпрямительно-инверторный преобразователя является коллекторный электродвигатель постоянного тока. Система управления 11 ключами подключена к датчикам напряжения сети 10 и тока сети 9.

На Фиг.2 показаны режимы работы рассматриваемого выпрямительно-инверторного преобразователя - напряжение сети - U сети, напряжение U управления плеч с малым напряжением, напряжение U управления плеч с большим напряжением, ток I сети рассматриваемого преобразователя, подключенного к нагрузке с индуктивным характером - тяговому электродвигателю.

Пантограф предназначен для обеспечения устойчивого контакта с сетью и подает напряжение на трансформатор. Трансформатор предназначен для понижения сетевого напряжения имеет первичную обмотку (обмотка 1) и несколько вторичных обмоток (обмотки 2 4). Ключевые управляемые плечи, подключенные ко вторичным обмоткам трансформатора, образуют двухполупериодный выпрямительно-инверторный преобразователь. Ключевые плечи состоят из последовательно включенных диода и управляемого электронного ключа. В качестве электронного ключа может использоваться IGBT транзистор (модуль). Выпрямительно-инверторный преобразователь подключен к нагрузке - коллекторному электродвигателю постоянного тока. Диод, включенный параллельно двигателю, необходим для протекания тока двигателя в моменты времени, когда все ключевые управляемые плечи являются закрытыми. Система управления электронными ключами имеет датчики напряжения сети и тока сети, что позволяет ей вычислять угол между напряжением сети и током сети по первой гармонике сети, применяя методы фазового детектирования либо быстрого преобразования Фурье после преобразования сигналов напряжения сети и тока сети после их преобразования в цифровую форму.

Подобный выпрямительно-инверторный преобразователь может быть установлен на электровоз переменного тока.

При работе такого выпрямительно-инверторного преобразователя сначала на двигатель подается напряжение с малой обмотки трансформатора, например, вторичной обмотки 2 (плечи 1 и 4 в одном полупериоде напряжения и 2 и 3 в другом полупериоде напряжения), через какое-то время подается дополнительное напряжение с дополнительной обмотки трансформатора, например вторичной обмотки 3, путем включения плеча 6 в одном полупериоде напряжения и плеча 5 в другом полупериоде напряжения, через некоторое время дополнительное напряжение с дополнительной обмотки снимается, например, путем отключения плеч 5 и 6, а на двигатель продолжает подаваться напряжение с малой обмотки трансформатора. Система управления с помощью датчиков напряжения сети и тока сети измеряет сдвиг фаз между напряжением сети и током сети по первой гармонике сетевого напряжения и корректирует времена включения и отключения плеч преобразователя, подающего дополнительное напряжение на нагрузку (двигатель постоянного тока) таким образом, чтобы сдвиг тока сети относительно напряжения сети по первой гармонике снизить до нуля.

Техническим преимуществом указанного выпрямительно-инверторного преобразователя и способа зонно-фазового управления является возможность обеспечения большего коэффициента мощности, чем в указанных аналогах.

Список источников

1. Электровоз ВЛ85. Руководство по эксплуатации. М.: Транспорт, 1995, 480 с.

2. Патент RU 2322749.