CA1121890A - D.c. power supply and regeneration equipment for electrical traction - Google Patents

D.c. power supply and regeneration equipment for electrical traction

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CA1121890A
CA1121890A CA000321892A CA321892A CA1121890A CA 1121890 A CA1121890 A CA 1121890A CA 000321892 A CA000321892 A CA 000321892A CA 321892 A CA321892 A CA 321892A CA 1121890 A CA1121890 A CA 1121890A
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CA
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equipment
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rectifier
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CA000321892A
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French (fr)
Inventor
Xavier W. Henry
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Jeumont Schneider SA
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Jeumont Schneider SA
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60MPOWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M3/00Feeding power to supply lines in contact with collector on vehicles; Arrangements for consuming regenerative power
    • B60M3/06Arrangements for consuming regenerative power
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/10Dynamic electric regenerative braking
    • B60L7/16Dynamic electric regenerative braking for vehicles comprising converters between the power source and the motor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles

Abstract

L'invention est relative à un équipement d'alimentation en courant continu pour matériel de traction électrique auquel est adjoint un équipement de récupération de manière économique. L'équipement d'alimentation comporte un transformateur adaptateur couplé, au primaire, au réseau alternatif haute tension et au secondaire à un redresseur alimentant le matériel de traction. Un onduleur est connecté aux bornes du matériel de traction, en série avec des éléments résistifs et inductifs et retourne l'énergie de récupération au secondaire du transformateur par l'intermédiaire d'un autotransformateur monté en élévateur de tension. Application à la traction ferroviaire.The invention relates to a DC power supply equipment for electric traction equipment to which is added recovery equipment economically. The supply equipment comprises an adapter transformer coupled, in the primary, to the high-voltage alternating network and in the secondary to a rectifier supplying the traction equipment. An inverter is connected to the terminals of the traction equipment, in series with resistive and inductive elements and returns the recovered energy to the transformer secondary via an autotransformer mounted in voltage booster. Application to railway traction.

Description

1~189(~

L'invention concerne un équipement (3'alimentation et de récupération de courant con-tinu pour matériel de traction électrique.
Un tel. équipement se situe dans une sous-station d'ali-mentation qui reçoit de l'énergie électrique d'un réseau alter-natif haute tension et délivre de l'énergie électrique continue au matériel de traction électrique par l'intermédiaire des caté-naires et des rai.ls ~a charge de l'équipement d'alimentation est donc constituée par un ou plusieurs moteurs électriques 1.0 fonctionnan-t le plu5 souvent en récepteur. Lors d'un freinage, chaque moteur fonctionne alors en générateur et rcnvoie de l'éner-gie vers l'équipement. Globalement, la charge de l'équipement est soit consommatrice de courant, soit génératrice de courant, le changement pouvant intervenir à chaque instant. L'équipement doit donc être capable de passer d'un régime d'alimentation à
un régime de récupération, et vice-versa, aussi rapidement que possible.
Habituellement, un équipement d'alimcntation et de récupération comporte deux parties distinctes: Un équipement A'alimentation seule comportant un appareillage de protection haute tension, un transIormateur ad.aptatcur et un b].oc redres~eur qui alimentent la charge quand cclle-ci consommt? de l'én~rgi~, et un équipement de récupération comportant un bloc on.dul.eur recevant l'énergie produite par l.a charge, un transformateur adaptateur tel que, vue de la charge, la force contre-électromo-trice de l'équipement de récupération soit supérieure à la force électromotrice de l'équipement d'alimentation, et un appareil-l.age de protection haute tension pour retourner l.'énergi.e alter-native produite ver~ lc réseau. La cornmutation rapi(lc entre le ~onctionn.ement en alimentation et le fonctionnement en récupéra-tion d'énergie ~osc le problème de la commande de l'onduleur.

~ans ]e brevet françal~ ~ 3].6 773 pa.r e~mple, ].o di~ositi.f 11;~1890 de commande de l'onduIeur est débloqué dès qu'une condition assurant l'arrêt de fonctionnement du redresseur est détectée.
Toutefois, ce deblocage requiert un certain temps qui peut être prohibitif avec les techniques modernes utilisant des hâcheurs de courant. De plus, les thyristors de l'onduleur sont amorcés à angle constant, ce qui ne garantit ni le meilleur facteur de puissance possible, ni les meilleures caractéristiques de fonc-tionnement.
Le but de la présente invention est d'obvier à
ces inconvénients a l'aide d'un équipement incluant un nombre minimal de composants et permettant la commutation instantanée du mode de fonctionnement.
La présente invention consiste en un equipement d'alimentation et de récupération de courant continu pour mate-riel de traction electrique, comportant un transformateur adap-tateur dont le primaire est connecté à un réseau alternatif haute tension par l'intermédiaire d'un appareillage de protection, un bloc redresseur ayant des bornes d'entrée connectées au secondaire du transformateur adaptateur et des bornes de sortie connectées au matériel de traction par l'intermediaire de lignes de liaison, et un bloc onduleur à thyristors, caractérisé en ce que, le bloc onduleur a des bornes d'entree connectées aux lignes de liaison par l'intermédiaire d'un élément inductif et d'un élément resistif, et des borne`s de sortie connectees à un autotransformateur monte en élévateur de tension et relié
au secondaire du transformateur adaptateur, de telle façon que le courant d'échange entre le bloc redresseur et le bloconduleur soit limité par l'élément inductif, et que l'angle d'amorçage des ~lyristors du bloc onduleur varie en fonction de l'intensité
du courant circuIant dans le bloc onduleur, l'élément résistif rendant cette intensité indépendante de la tension à l'entrée du bloc onduleur.
B` - 2 -Z~890 Grâce a cette disposition, l'obligatolre élévation de la tension alternative nécessaire à l'onduleur par rapport à celle du redresseur est obtenu cette fois par l'autotransfor-mateur. Cette ~lévation de tension est nettement plus faible que dans le cas d'un équipement de récupération distinct d'un équlpement d'alimentation~_grâce au fait que l'énergie d'alimen-~ _ llZ1890 ta-tion. et l'énergie de récupération empruntt?nt le même trans-formateur adaptateur. ~'auto-transformateur, dimensionné pou.r une élévation de tension de quelques pourcents seulement, est un appareil d'encombrement réduit e-t de coût faible. ~'adjonc-ti.on des éléments résistifs et inductifs dans le circuit à cou-rant continu de récupération permet de limitcr l.es courants de circulation sans trop diminuer le facteur de puissance.
En outre, les tensions dans les blocs redresseur et onduleur sont rigoureusement en phase, et les thyristors du bloc onduleur sont amorcés avec un angle variable qui pourra être faible à vide et important lors du fonctionnement en récu-pération, ce qui rend inexis-tant le délai de commutation entre les modes de fonctionnement et améliore nettement le facteur de puissance et les caractéristiques d'ensemble dc l'équi.pement.
Enfin, la transformation d'un équipement d'al.i.men-tation seulc en équi.pemen-t d'alimentation ~t rccupérat.ion ~st alors une opération possible et économique.
Dans la suite de l.a description, l.es exprr~ssions "matériel de traction" ou "charge" seron-t; utilise9 indifféremment pour désigner l'ensemble des moteurs de traction fonctionnant soit en moteur, soit en générateur, cet enscmble étant considéré
comme une charge consommatrice ou productrice d'énergie, par l'équipement.
Un exemple de réalisation de l'invention est donné
dans la description qui suit~illustrée par les figures qui re-présentent:
- la figure 1, un schéma d'ensemble de l'équipement, - la figure 2, un diagramme représentatif des tensi.ons et des courants contlnus da~s la charge, - ~.a figure 3, un diagramme representatif des tensions et cou-rants alterna-tifs au secondaire du transfo~nateur.
~ 'équ.i.pement représenté sur la figure 1 est destiné à
alimenter lm ou plusi.eu.rs matériels de tracti.on 1, à partir d'un --` llZ1890 réseau représenté par une sous-s-tation 2; lc matérie]. de traction 1 cst relié à l'équipement par des lignes de ].iaison 3 et 4, la ligne 3 étant constit;uée par exemple par des caténaires ou un troisième rail ~t la ligne 4 par les rails de roulement.
~'équipement comporte un transformatcur adaptateur 5, dont l'enroulement primaire est relié au réseau alternatif haute tension 2, par l'intermédiai.re d'un appareillage de pro-tection 6. Son secondaire est rclié d'une part, à un bloc re-dresseur 7 directement et d'autre part, à un bloc onduleur 8 par l'intermédiaire d'un autotransformateur 9. ~Ja borne de sortie positive du bloc redresseur 7 est connectée à la ligne de lia.ison 3, tandis que la borne de sortie négative est rel.iée à la ligne de liaison 4. La borne d'entrée positive du bloc onduleur 8 est reliée à la ligne de liaison 3 par l'intermédiaire succes-sivement d'un disjoncteur 1.0, d'un élément résistif 11 et d'un élément inductif 12. ~a borne négative de l'onduleur 8 est reliee à la ligne de liaison 4 par l'intermédiaire également d'un élé-ment inductif 13 et d'un élément résistif 14.
~'autotransformateur 9 agit en élévateur de tension entre les sorties du bloc onduleur 8 et le secondaire du trans-formateur a.daptateur 5. ~orsqu'un bloc onduleur es-t installé
sur un réseau d'alimentation de matériel. de traction électriquc, cet onduleur trouve sur ses bornes, côté continu, la tension normale délivrée par le bloc redresseur voisin; il doit avoir une force contre-électromotrice supérieure à cette tension, de façon ~ ne pas renvoyer sur le réseau alternatif l'énergie pro-venant du bloc redresseur voisin; il ne doit débiter que sur ~ l'apparition de ten~ions supérieures provenant de mo-teurs en cours de récupération.
~es caractérsitiques tension-courant du bloc redres-seur et du bloc onduleur sont représentees sur la figure 2 de maniare schématique. Pour simplifier, la caractéristique d.u ,, bloc redresseur est représentée du côté des courants positifs, la tension d'alimentation U décro~t sensiblement linéairement avec le courant I, suivant la droite Ur, à cause de la résistance interne de l'ensemble transformateur 5 et bloc redresseur 7.
~a droite Ut dans le prolongement de la droite Ur représente la caractéristique d'un onduleur idéal qui serait connecté au secondaire du transformateur adaptateur 5, cette caractéristique fait ab~traction de~ chutes de tension et des angles d'avance à
l'amorçage de la commande des thyristors de l'onduleur 8.
En réalité, si l'onduleur était branché directement aux bornes du secondaire du transformateur adaptateur 5, sa caractéristique de tension devrait décro~tre en fonction du courant de récupération. ~e fonctionnement de ltéquipement serait alors instable et un violent courant d'échange entre redresseur et onduleur pourrait s'établir, Pour éviter cette instabilité, on était habituellement conduit à utiliser un transformateur adaptateur différent pour ltonduleur pour obtenir une force contre-électromotrice de l'onduleur supérieure à la tensiQn normale du redresseur. ~e rapport de transformation du trans-formateur adaptateur pour l'onduleur devait être nettement su-périeur ~ celui du transformateur adaptateur pour le redresseur.
D'autre part, pour compenser la décroissance obligatoire de la caractéristique de tension de ltonduleur, on était amené à pré-voir dans la commande des thyristors un angle d'avance à l'amor-çage important, angle qui se décompose en trois parties: un angle de commutation qui augmente avec la charge, un angle de désamorçage et un angle de garde constant pour des raisons de sécurité. Ceci conduisait à un surdimensionnement du transfor-mateur adaptateur, côté onduleur, et à une dégradation du fac-teur de puissance, en particulier aux faibles charges.
Selon la présente réalisation,~l'obligatbire élévation de la tension alternative de l'onduleur par rapport à celle du redresseur est obtenue par l'autotransformateur 9, mais cette '`~B _5_ , ;: .

-~ ` llZ1~390 foi.s, le transformateur adaptateur 5 et l'appareillage de protec-tion haute tension 6 sont communs au fonctionnement en redres-seur et au fonctionnement en onduleur, Cela a pour conséquenceque cette obligatoire élévation de t.ension est inférieure à
cclle qui é-tait nécessaire dans le cas de deux transformateurs adaptateurs distincts. Par conséquen-t, l'autotransformateur dimensionné pour une élévation de tension dc quelques pourcents seulement à un prix minimal. En effet, dans le cas d'un équi-pement comportant deux transformateurs adaptateurs distincts, le transformateur adaptateur pour le bloc redrcsseur fonctionnait à vide pendant que celui du bloc ~nduleur était en charge. ~a tension au secondaire du transformateur fonctionnant à vide étant supérieure à la valeur mesurée au cours d'un fonctionne-ment en charge, l'élévation de tension nécessaire au bon fonc-tionnement de l'onduleur était donc importantc. Dans le présen-t, le transformateur adaptateur 5 est pratiqucment toujours en charge, soit pour le fonctionnement du bloc redresseur, soit pour celui de l'onduleur.
Sur la figure 2, l'adjonction de l'autotrànsformateur 9 se traduit par une caractéristique théorique Ua située au-des-sus de la caractéristique Ut, Cette caractéristique Ua ne tient pas compte également des chutes de tension dans les circuits.
~a caractéristique réelle tenant compte de ces chutes de tension est alors Ub. Selon l'invention encore, la mise cn série avec le bloc onduleur 8 des éléments résistifs 11 et 14 modifie cette caractéristique qui devient la droite U0. Cette caractéristique est telle que U0 est constante pour toute valeur de I. ~a va].eur des élcments résisti~s 11 et 14 es-t tclle que leur résis-I,ance totale R, ajou-tée à la tension Ub de l'ondu].eur, est cons-tante et égale à U0. Il est bien évident que cette résistanceaffecte le rendemcnt ma.is en contrepartie~ el]e permet d'obtenir un mei]..leur fac-teur de puissance. ~'adjonction dc ces éléments 189(~

résistifs évite en outre l'utilisat:ion d'un angle d'avance à
l'amorçage trop important. Un ang]e dc garde ~ vide, de dix à
quinze degrés est alors suLfisant.
Sur la f.igure 3, la tension alternative du redres-seur appara~t en traits interrompus Vr et la tension alternative V0 de llonduleur appara~t en traits contimls. ~a tensi.on ins-tantanée de l'ondu].eur est supérieure à celle du redresseur, donc tout débit est interdit du redressellr vers l'ondul.eur, sauf pendant le temps de commutation des thyristors reprcsfnté

par llangle électri~ue ~ au cours duquel circule un courant de circulation Ic de forme pulsée. Ces impu].sions de courant sont limitées par la présence des élémen-ts inductifs 12 et 13. Ces éléments inductifs assurent d'une part, la transformation des tensions continues en tension présentant une ondulation et, d'autre part, interviennent pour la limitation du cou.rant de circulation Ic. ~a figure 3 montre également que les tensions du redressellr et de l'onduleur sont rigoureusf.?ment en pl~ase et présentent entre elles une variation de tension quasiment constante. Cela cst dû au fait que l'autotransformatellr 9 présente une réactancf propre très faible et nc provoque aucun déphasage, et égalemen-t au fait que ltonduleur et le redresseur sont couplés au même transformateur adaptateur.
~ 'utilisation d'un autotransformateur 9 est rendue possible parce qu'un isolement galvanique n'est pas nécessaire à cet endroit de l'équipement. Cet autotransformateur dimen-sionné pour une augmentation de tension de quelques pourcents seulement est un élément éco.nomique et peu encombrant. ~a présente invention permet la réal;.sation d'équipfmcnt~ d'ali-mentation et de récupération dans lesquels ltonduleur utilise le transformateur adaptateur du redresseur. Outre l'é~onomie ainsi faite, l.'onduleur présente un mei].leur facteur de puis-sance et une exce].lf~nte stabilité de ~onctionnement. ~'adjonction des él.éments résistif3 et inductifs permet d'ajuster la caracté-.- 1121~390 ris-tique tension-courant au mlelix des conditions d'emploi, tOIlt en limitant la valeur du courant de circlllation entre le redres-seur et l'onduleur Enfin, l'équipement suivant le présent mode de réalisation ne nécessite aucun organe de commutation et la ré-cupération est instantanée.
Pour simplifier les figures, les moyens de commande électroniques des thyristors ne sont pas représentés. Cette commande s'effectue en boucle ouverte, en prenant en considéra-tion uniquement 1'intensité débitée par l'onduleur. A vide, les impulsions de commande de l'amorcage des thyristors sont émises avec un angle de garde de l'ordre de 10 à 15 degrés.Comme l'angle d'avance à l'amorçage augmente avec la charge, cela entra~ne une carac-téristique descendante qui est ramenée sensi-blement à l'horizontale, en tous cas une droite de pente infé-rieure à celle du redresseur, au moyen des éléments résistifs.
Il est bien évident que, sans sortir du cadre de l'invention, l'autotransforma-teur 9 pourrait ~tre inclus dans le transformateur 5 de la manière suivante: le secondaire de ce transformateur serait muni d'une prise adéquate qui serait di-rectement reliée à l'onduleur 8.
~'invcntion s'applique à la trac-tion ferroviaire.
1 ~ 189 (~

The invention relates to equipment (3'power supply and continuous current recovery for traction equipment electric.
Such. equipment is located in a substation of statement that receives electrical energy from an alter-high voltage native and delivers continuous electrical energy electric traction equipment through the cat-naires and rai.ls ~ in charge of the feeding equipment therefore consists of one or more electric motors 1.0 most often works as a receiver. When braking, each engine then operates as a generator and sends energy to the equipment. Overall, the equipment load either consumes current or generates current, change can occur at any time. The equipment therefore must be able to switch from diet to a recovery regimen, and vice versa, as quickly as possible.
Usually supply and supply equipment recovery has two separate parts: Equipment Power supply only with protective equipment high voltage, an ad.aptatcur transformer and a rectifier who feed the load when it consumes? en ~ rgi ~, and recovery equipment comprising an inverter unit receiving the energy produced by the load, a transformer adapter such that, seen from the load, the counter-electromechanical force recovery equipment is greater than strength electromotive power equipment, and a device-the high voltage protection stage to return the alternating energy native produced ver ~ lc network. The rapm cornmutation (lc between the ~ onctionn.ement in power and recovery operation-tion of energy ~ osc the problem of controlling the inverter.

~ ans] e françal patent ~ ~ 3] .6,773 pa.re ~ mple,] .o di ~ ositi.f 11; ~ 1890 control module is released as soon as a condition ensuring that the rectifier stops operating is detected.
However, this unlocking requires a certain time which can be prohibitive with modern techniques using choppers current. In addition, the thyristors of the inverter are primed.
at constant angle, which does not guarantee the best factor of possible power, nor the best operating characteristics operation.
The object of the present invention is to obviate these disadvantages using equipment including a number minimum of components and allowing instantaneous switching of the operating mode.
The present invention consists of an equipment DC power supply and recovery for mate-electric traction riel, comprising a suitable transformer tator whose primary is connected to an alternative network high voltage through protective equipment, a rectifier block having input terminals connected to the secondary transformer adapter and output terminals connected to traction equipment through lines connection, and a thyristor inverter block, characterized in what, the inverter block has connected input terminals to the connecting lines via an inductive element and a resistive element, and connected output terminals to an autotransformer mounted in voltage booster and connected at the secondary of the adapter transformer, so that the exchange current between the rectifier block and the inverter block is limited by the inductive element, and that the ignition angle ~ lyristors of the inverter block varies depending on the intensity current flowing in the inverter block, the resistive element making this intensity independent of the input voltage of the inverter block.
B` - 2 -Z ~ 890 Thanks to this arrangement, the obligatolre elevation of the AC voltage required by the inverter relative to to that of the rectifier is obtained this time by the autotransform-mateur. This ~ voltage rise is much lower that in the case of recovery equipment separate from a supply equipment ~ _ thanks to the fact that the power supply ~ _ llZ1890 ta-tion. and the recovery energy borrows the same trans-adapter trainer. ~ 'auto-transformer, sized for r a rise in blood pressure of only a few percent is a device of reduced size and low cost. ~ 'adjonc-resistive and inductive elements in the circuit continuous recovery allows to limit the currents of traffic without greatly reducing the power factor.
In addition, the voltages in the rectifier blocks and inverter are rigorously in phase, and the thyristors of the inverter block are primed with a variable angle which can be low when empty and important during recuperation operation which makes the switching delay between operating modes and significantly improves the power and overall characteristics of the equipment.
Finally, the transformation of al.i.men- equipment tation only in equi.pemen-t supply ~ t rccupérat.ion ~ st then a possible and economical operation.
In the following description, the expressions "traction material" or "load" will be; use9 interchangeably to designate all of the traction motors operating either as a motor or as a generator, this set being considered as a load consuming or producing energy, by equipment.
An embodiment of the invention is given in the description which follows ~ illustrated by the figures which present:
- Figure 1, an overall diagram of the equipment, - Figure 2, a representative diagram of the tensi.ons and continuous currents in the load, - ~ .a figure 3, a representative diagram of the tensions and cou-rants alterna-tifs in the transformer secondary school.
~'equ.i.pement shown in Figure 1 is intended for supply lm or plusi.eu.rs tracti.on 1 material, from a --` llZ1890 network represented by a sub-station 2; lc material]. traction 1 cst connected to the equipment by lines of] .iaison 3 and 4, the line 3 being constituted; for example by catenaries or a third rail ~ t line 4 by the running rails.
~ The equipment includes an adapter transformatcur 5, the primary winding of which is connected to the alternative network high voltage 2, by means of pro-tection 6. His secondary is clicked on the one hand, to a block re-blocker 7 directly and on the other hand, to an inverter block 8 by through an autotransformer 9. ~ Ja output terminal positive of rectifier block 7 is connected to the line of lia.ison 3, while the negative output terminal is connected to the line 4. The positive input terminal of the inverter block 8 is connected to the connecting line 3 via the successor of a circuit breaker 1.0, a resistive element 11 and a inductive element 12. ~ a negative terminal of the inverter 8 is connected to connection line 4 also via an element inductive 13 and a resistive element 14.
~ 'autotransformer 9 acts as a voltage booster between the outputs of the inverter block 8 and the secondary of the trans-trainer with adapter 5. ~ when an inverter unit is installed on a material supply network. electric traction, this inverter finds on its terminals, continuous side, the voltage normal delivered by the neighboring rectifier block; He must have a counter-electromotive force greater than this voltage, of way ~ do not send back on the alternative network the pro coming from the neighboring rectifier block; it should only charge on ~ the appearance of ten ~ higher ions from motors in recovery course.
~ es voltage-current characteristics of the rectifier block sor and inverter block are shown in Figure 2 of schematic manner. To simplify, the characteristic of the ,, rectifier block is shown on the side of positive currents, the supply voltage U decreases ~ t substantially linearly with the current I, along the line Ur, because of the resistance internal of the transformer 5 and rectifier block 7 assembly.
~ on the right Ut in the extension of the right Ur represents the characteristic of an ideal inverter which would be connected to the secondary of adapter transformer 5, this characteristic does ab ~ pull of ~ voltage drops and feed angles at the initiation of the thyristor control of the inverter 8.
In reality, if the inverter was connected directly across the secondary of the adapter transformer 5, sa voltage characteristic should decrease depending on the recovery current. ~ e operation of the equipment would then unstable and a violent exchange current between rectifier and inverter could be established, To avoid this instability, we usually had to use a transformer different adapter for the inverter to obtain a force inverter counter electromotive higher than the tensiQn normal rectifier. ~ e trans transformation report trainer adapter for the inverter had to be clearly su-~ ~ that of the adapter transformer for the rectifier.
On the other hand, to compensate for the compulsory decrease in the voltage characteristic of the inverter, we were led to pre-see in the thyristor control an angle of advance to the large gap, angle which breaks down into three parts: a switching angle which increases with load, an angle of defusing and a constant guard angle for reasons of security. This led to an oversizing of the transformer.
adapter dies, inverter side, and a degradation of the fac-power, especially at low loads.
According to the present embodiment, ~ the obligatbire elevation the alternator voltage of the inverter compared to that of the rectifier is obtained by the autotransformer 9, but this '' ~ B _5_ , ;:.

- ~ `llZ1 ~ 390 faith.s, the adapter transformer 5 and the protective equipment high voltage 6 are common to rectifier operation and in operation as an inverter, This has the consequence that this mandatory voltage increase is less than cclle which was necessary in the case of two transformers separate adapters. Therefore, the autotransformer dimensioned for a voltage rise of a few percent only at a minimum price. Indeed, in the case of an equi-with two separate adapter transformers, the adapter transformer for the redrcsseur block was working unladen while that of the ~ nduleur block was charging. ~ a transformer secondary voltage operating at no load being greater than the value measured during operation under load, the rise in voltage required for proper operation The operation of the inverter was therefore important. In the present, the adapter transformer 5 is practically always in load, either for the operation of the rectifier block, or for that of the inverter.
In figure 2, the addition of the autotransformer 9 is expressed by a theoretical characteristic Ua located above above the characteristic Ut, This characteristic Ua does not no account also of voltage drops in the circuits.
~ a real characteristic taking into account these voltage drops is then Ub. According to the invention also, the placing in series with the inverter block 8 of the resistive elements 11 and 14 modifies this characteristic which becomes the line U0. This characteristic is such that U0 is constant for any value of I. ~ a va] .eur of the resistive elements 11 and 14 are tclle that their resistance I, total ance R, added to the voltage Ub of the wave].

aunt and equal to U0. It is quite obvious that this resistanceaffect rendemcnt ma.is in return ~ el] e provides a mei] .. their power factor. ~ 'addition of these elements 189 (~

resistive furthermore avoids the use of an advance angle at too much priming. One ang] e dc keeps ~ empty, from ten to fifteen degrees is enough.
In figure 3, the alternating voltage of the rectifier seur appears in broken lines Vr and the alternating voltage V0 of llonduleur appears ~ t in contimls lines. ~ a tensi.on ins-tantane of the wavy] .eur is greater than that of the rectifier, therefore any flow is prohibited from the rectifier to the inverter, except during the switching time of the thyristors shown by electric angle ~ eu ~ during which a current of Ic circulation of pulsed form. These current impulses are limited by the presence of inductive elements 12 and 13. These inductive elements ensure, on the one hand, the transformation of direct voltages in voltage having a ripple and, on the other share, intervene for the limitation of the flow current.
Ic. ~ a Figure 3 also shows that the voltages of the rectifier and the inverter are rigoureusf.?ment in pl ~ ase and have between them an almost constant variation in voltage. That This is due to the fact that the autotransformatellr 9 has a reactiv clean very weak and nc causes no phase shift, and also the fact that the inverter and the rectifier are coupled to the same transformer adapter.
~ the use of an autotransformer 9 is made possible because galvanic isolation is not necessary at this location of the equipment. This autotransformer dimen-worried about a few percent increase in blood pressure only is an economical and space-saving element. ~ a present invention allows the real; .sation of equipfmcnt ~ ali-ment and recovery in which the inverter uses the rectifier adapter transformer. Besides the economy thus made, the inverter has a better power factor.
sance and an exce] .lf ~ nte stability of ~ unctioning. ~ 'addition resistive3 and inductive elements to adjust the characteristic .- 1121 ~ 390 voltage-current risk at the mlelix of conditions of use, tOIlt by limiting the value of the circlllation current between the rectifier finally, the equipment according to this mode requires no switching device and the cuperation is instant.
To simplify the figures, the control means thyristor electronics are not shown. This order is made in open loop, taking into consideration only the current supplied by the inverter. Empty, the thyristor ignition control pulses are emitted with a guard angle of the order of 10 to 15 degrees. As the angle of advance at ignition increases with the load, this entered ~ does a descending characteristic which is brought down sensi-horizontally, in any case a straight line with a lower slope higher than that of the rectifier, by means of resistive elements.
It is quite obvious that, without departing from the framework of the invention, the autotransformer-tor 9 could ~ be included in transformer 5 as follows: the secondary of this transformer would be fitted with a suitable plug which would directly connected to the inverter 8.
~ 'invcntion applies to railway traction.

Claims

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit: The embodiments of the invention about which an exclusive right of property or privilege is claimed, are defined as follows: 1. Equipement d'alimentation et de récupération de courant continu pour matériel de traction électrique, compor-tant un transformateur adaptateur dont le primaire est connecté
à un réseau alternatif haute tension par l'intermédiaire d'un appareillage de protection, un bloc redresseur ayant des bornes d'entrée connectées au secondaire du transformateur adaptateur et des bornes de sortie connectées au matériel de traction par l'intermédiaire de lignes de liaison, et un bloc onduleur à thyris-tors, caractérisé en ce que, le bloc onduleur a des bornes d'entrée connectées aux lignes de liaison par l'intermédiaire d'un élément inductif et d'un élément résistif, et des bornes de sortie connectées à un autotransformateur monté en élévateur de tension et relié au secon-daire du transformateur adaptateur, de telle façon que le courant d'échange entre le bloc redresseur et le bloc onduleur soit limité
par ledit élément inductif, et que l'angle d'amorçage des thyristors dudit bloc onduleur varie en fonction de l'intensité du courant circulant dans ledit bloc onduleur, ledit élément résistif rendant cette intensité indépendante de la tension à l'entrée dudit bloc onduleur.
1. Supply and recovery equipment of direct current for electric traction equipment, both an adapter transformer with the primary connected to a high voltage AC network via a protective equipment, a rectifier block having terminals input connected to the secondary of the adapter transformer and output terminals connected to the traction equipment by via connecting lines, and a thyris- inverter block tors, characterized in that, the inverter block has connected input terminals to the connecting lines via an inductive element and a resistive element, and output terminals connected to a autotransformer mounted in voltage booster and connected to the second of the adapter transformer, so that the current of exchange between the rectifier block and the inverter block is limited by said inductive element, and that the starting angle of the thyristors of said inverter block varies according to the intensity of the current circulating in said inverter block, said resistive element making this intensity independent of the voltage at the input of said block inverter.
CA000321892A 1978-02-21 1979-02-20 D.c. power supply and regeneration equipment for electrical traction Expired CA1121890A (en)

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