RU167105U1

RU167105U1 - POWER SEMICONDUCTOR RECTIFIER-INVERTER CONVERTER OF SINGLE-PHASE AC

Info

Publication number: RU167105U1
Application number: RU2015149177/07U
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Курганов; Ирина Анатольевна Пьянзина; Александр Алексеевич Тишкин; Виталий Михайлович Пиксаев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Электровыпрямитель"
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2016-12-20

Abstract

Силовой полупроводниковый выпрямительно-инверторный преобразователь однофазного переменного тока состоит из n+m плечей силовых полупроводников, образующие выпрямительные мосты, и параллельно включенных диодных плечей, параллельно которым подключена нагрузка, а питание преобразователя осуществляется от обмоток многообмоточного тягового трансформатора путем подключения выводов обмоток к узлам последовательного подключения плечей, отличающийся тем, что каждое из n плечей (где n - 4, 6, 8 и т.д.) состоит из последовательно включенных диода и IGBT транзистора с соединенным встречно диодом, а каждое из m плечей (где m - 2, 4, 6, 8 и т.д.) состоит из последовательно включенных тиристоров, а параллельно плечам подключены p (где p - 0, 1, 2 и т.д.) диодных плечей.The power semiconductor rectifier-inverter single-phase AC converter consists of n + m arms of power semiconductors forming rectifier bridges, and parallel connected diode arms, in parallel with which the load is connected, and the converter is powered from the windings of the multi-winding traction transformer by connecting the leads of the windings to the serial connection nodes shoulders, characterized in that each of the n shoulders (where n is 4, 6, 8, etc.) consists of diodes connected in series An IGBT of a transistor with a counter diode connected, and each of the m arms (where m is 2, 4, 6, 8, etc.) consists of thyristors connected in series, and p (where p is 0, 1, 2 and etc.) diode shoulders.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used on electrically rolling stock, powered by a single-phase AC network.

Известен тиристорный многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь [1], применяемый в настоящее время на электроподвижном составе. Вышеупомянутый преобразователь состоит из восьми тиристорных плеч, образующих схемы двухполупериодных мостовых выпрямителей.Known thyristor multi-zone rectifier-inverter converter [1], currently used on electric rolling stock. The aforementioned converter consists of eight thyristor arms, forming circuits of half-wave bridge rectifiers.

Основным недостатком этого преобразователя является низкий коэффициент мощности.The main disadvantage of this converter is its low power factor.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является выпрямительно-инверторный преобразователь [2], содержащий несколько зон на основе параллельных последовательно соединенных диодно-транзисторных блоков образующих мост, соединенных с одной или более вторичными обмотками трансформатора, диодного плеча, образующих схему двухполупериодного мостового выпрямителя.The closest analogue (prototype) is a rectifier-inverter converter [2], which contains several zones based on parallel series-connected diode-transistor blocks forming a bridge connected to one or more secondary windings of a transformer, diode arm, forming a circuit of a half-wave bridge rectifier.

Недостатками данного преобразователя являются низкая удельная мощность, большие защитные снабберные цепи, недостаточная надежность и защита от коротких замыканий.The disadvantages of this converter are low power density, large protective snubber circuits, insufficient reliability and protection against short circuits.

Целью предлагаемой полезной модели является увеличение и возможность корректировки коэффициента мощности, увеличение удельной мощности, надежности и устойчивости к токам короткого замыкания, снижение массогабаритных показателей.The purpose of the proposed utility model is to increase and the possibility of adjusting the power factor, increasing the specific power, reliability and resistance to short circuit currents, reducing the overall dimensions.

На Фиг. 1 показан силовой полупроводниковый выпрямительно-инверторный преобразователь переменного тока. Он содержит n+m плечи 1, 4 силовых полупроводников (где n - 4, 6, 8 и т.д., m - 2, 4, 6, 8 и т.д.), образующие выпрямительные мосты. Плечо 1 состоит из последовательно включенных IGBT транзистора с соединенным встречно диодом 2 и диода 3. Плечо 4 состоит из последовательно включенных тиристоров 5. Параллельно плечам 1, 4 в включены p (где p - 0, 1, 2 и т.д.) диодных плечей 6 состоящее из диодов 7.In FIG. 1 shows a power semiconductor rectifier-inverter AC converter. It contains n + m shoulders of 1, 4 power semiconductors (where n - 4, 6, 8, etc., m - 2, 4, 6, 8, etc.), forming rectifier bridges. Shoulder 1 consists of a series-connected IGBT transistor connected counter-diode 2 and diode 3. Shoulder 4 consists of a series-connected thyristors 5. Parallel to the shoulders 1, 4 are connected p (where p is 0, 1, 2, etc.) diode shoulders 6 consisting of diodes 7.

Параллельно плечам 1, 4, 6 подключена нагрузка 8 (например коллекторный электродвигатель постоянного тока). Питание преобразователя осуществляется от обмоток многообмоточного тягового трансформатора 9 путем подключения выводов обмоток к узлам a1, а2, а3, …, an/2 последовательного подключения плечей 1, а также к узлам b1, b2, b3, …, bm/2 последовательного подключения плечей 4. Плечи образуют схему двухполупериодного мостового выпрямителя с возможностью зонно-фазного регулирования.Parallel to the shoulders 1, 4, 6, a load 8 is connected (for example, a DC collector motor). The converter is powered from the windings of a multi-winding traction transformer 9 by connecting the leads of the windings to the nodes a1, a2, a3, ..., an / 2 in series connecting the arms 1, as well as to the nodes b1, b2, b3, ..., bm / 2 in series connecting the arms 4 The shoulders form a circuit of a half-wave bridge rectifier with the possibility of zone-phase regulation.

На Фиг. 2 показаны режимы работы рассматриваемого выпрямительно-инверторного преобразователя (на одной из зон регулирования) - напряжение сети - U сети, напряжение на нагрузке - U нагр., ток сети - I сети рассматриваемого преобразователя, подключенного к нагрузке с индуктивным характером, ток нагрузки - I нагр.In FIG. 2 shows the operating modes of the rectifier-inverter converter under consideration (on one of the control zones) - mains voltage - U network, load voltage - U heat., Mains current - I network of the converter in question, connected to the load with an inductive nature, load current - I heat

Выпрямительно-инверторный преобразователь работает следующем образом - для питания тяговых двигателей электровоза в режиме тяги выпрямительно-инверторный преобразователь выпрямляет однофазное переменное напряжение в постоянное, при этом величина выходного напряжения и коэффициент мощности регулируется путем открытия плеч 4 с минимальным углом открытия синфазно с питающей сетью и путем открытия плеч 1 с требуемым потенциалом. Благодаря использованию в схеме тиристорных плеч 4 коммутация токов в схеме происходит естественным образом при прохождении нуля, что позволяет значительно снизить коммутационные перенапряжения на полупроводниковых элементах и уменьшить снабберные цепи. Диодное плечо 6 необходимо для перехвата тока нагрузки после смены полярности питающего напряжения.The rectifier-inverter converter operates as follows - to power the traction motors of an electric locomotive in traction mode, the rectifier-inverter converter rectifies a single-phase alternating voltage to constant, while the output voltage and power factor are regulated by opening the arms 4 with a minimum opening angle in phase with the supply network and by opening shoulders 1 with the required potential. Due to the use of thyristor arms 4 in the circuit, current switching in the circuit occurs naturally when zero passes, which can significantly reduce switching overvoltages on semiconductor elements and reduce snubber circuits. The diode arm 6 is necessary to intercept the load current after changing the polarity of the supply voltage.

В режиме рекуперативного торможения выпрямительно-инверторный преобразователь работает следующим образом - ТЭД переводится в генераторный режим сменой полярности на обмотке его возбуждения, на мост от цепей нагрузки подается напряжение обратной полярности, при этом ток рекуперации передается в питающую сеть от ТЭД через плечи 1 и 4 выпрямителя, и выпрямитель работает в инверторном режиме подключая плечи 1 и 4 с требуемым потенциалом.In regenerative braking mode, the rectifier-inverter converter operates as follows - the TED is switched to the generator mode by changing the polarity on its excitation coil, the reverse polarity voltage is applied to the bridge from the load circuits, while the recovery current is transmitted to the mains supply from the TED through the arms 1 and 4 of the rectifier , and the rectifier operates in inverter mode by connecting shoulders 1 and 4 with the required potential.

Техническим преимуществом указанного выпрямительно-инверторного преобразователя является увеличение и возможность корректировки коэффициента мощности, увеличение удельной мощности, снижение массогабаритных показателей, увеличение надежности и устойчивости к токам короткого замыкания.The technical advantage of this rectifier-inverter converter is the increase and the possibility of adjusting the power factor, increasing the specific power, reducing the overall dimensions, increasing the reliability and resistance to short circuit currents.

Список источников:List of sources:

1. Особенности устройства и эксплуатации электровоза ВЛ80р Л.Д. Капустин, А.С. Копанев, А.Л. Лозановский М: «Транспорт» 1979 г., 178 с.1. Features of the device and operation of the electric locomotive VL80r LD Kapustin, A.S. Kopanev, A.L. Lozanovsky M: “Transport” 1979, 178 p.

2. Патент РФ №2498490 на изобретение «Многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь и способ управления преобразователем».2. RF patent No. 2498490 for the invention "multi-zone rectifier-inverter converter and method of controlling the converter."

Claims

A power semiconductor rectifier-inverter single-phase AC converter consists of n + m arms of power semiconductors forming rectifier bridges, and parallel connected diode arms, in parallel with which the load is connected, and the converter is powered from the windings of a multi-winding traction transformer by connecting the leads of the windings to the serial connection nodes shoulders, characterized in that each of the n shoulders (where n is 4, 6, 8, etc.) consists of diodes connected in series An IGBT of a transistor with a counter diode connected, and each of the m arms (where m is 2, 4, 6, 8, etc.) consists of thyristors connected in series, and p (where p is 0, 1, 2 and etc.) diode shoulders.