RU2314939C2 - Electric locomotive local demands converter - Google Patents

Electric locomotive local demands converter Download PDF

Info

Publication number
RU2314939C2
RU2314939C2 RU2005114083/11A RU2005114083A RU2314939C2 RU 2314939 C2 RU2314939 C2 RU 2314939C2 RU 2005114083/11 A RU2005114083/11 A RU 2005114083/11A RU 2005114083 A RU2005114083 A RU 2005114083A RU 2314939 C2 RU2314939 C2 RU 2314939C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transistor
output
section
electric locomotive
converter
Prior art date
Application number
RU2005114083/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005114083A (en
Inventor
Александр Васильевич Беляев
Арнольд Максович Рутштейн
Борис Иванович Хоменко
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ") filed Critical Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ")
Priority to RU2005114083/11A priority Critical patent/RU2314939C2/en
Publication of RU2005114083A publication Critical patent/RU2005114083A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2314939C2 publication Critical patent/RU2314939C2/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

FIELD: railway transport; dc locomotives.
SUBSTANCE: proposed converter contains static converter in section of electric locomotive consisting of contact system capacitive voltage divider, transformer 4, first transistor 5, second transistor 6, rectifier 7 and voltage regulator 9. converter is furnished with smoothing reactor 1 in each section provided with output for connection to current receiver of electric locomotive and connected by other output with first output of capacitive divider, and PDM-controller 8 whose input is connected to output of voltage regulator. First output of PDM-controller is connected with control circuits of first transistor of static converter of first section and second transistor of static converter of second section of electric locomotive. Second output of PDM-controller is connected with control circuits of second transistor of first section static converter and first transistor of second section static converter.
EFFECT: increased frequency of current consumed from system, reduced ripples of voltage and surges of current of electric locomotive, losses of power and reduced interferences, increased electromagnetic compatibility.
2 dwg

Description

Изобретение относится к электрооборудованию электроподвижного состава, преимущественно к электровозам постоянного тока.The invention relates to electrical equipment of electric rolling stock, mainly to DC electric locomotives.

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).A known converter of auxiliary needs of an electric locomotive for power supply of control circuits, lighting, signaling, communication and battery charge, comprising in each section of an electric locomotive a static converter consisting of a smoothing reactor having a terminal for connecting an electric locomotive to a current collector and another terminal connected to a contactor voltage divider , the middle point of which is connected to the first terminal of the primary winding of the transformer, the second terminal of which is connected to the emitter of the first of the second transistor and the collector of the second transistor, the collector of the first is connected to the first output of the capacitor divider of the second transistor, and the emitter is connected to the second output of the capacitor divider, the rectifier, the input of which is connected to the secondary winding of the transformer (see Electrical Engineering: Collection of scientific papers of All-Russian OJSC n.i.i. and design-engineering institute of electric locomotive building "(OJSC" VELNII "). - 2003. - T.45 - 425 p., on p.188, fig. 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.This converter has large voltage ripples at the inputs of the static converters of each section, which leads to additional losses of electricity in the electrical equipment of the electric locomotive and violations of electromagnetic compatibility with the SBC system.

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).The closest in technical essence is the converter of auxiliary needs of an electric locomotive, containing in each section a static converter consisting of a capacitor voltage divider of the contact network, the middle point of which is connected to the first output of the primary winding of the transformer, the second output of which is connected to the emitter of the first and collector of the second transistor, the collector the first transistor is connected to the first terminal of the capacitor divider, and the emitter of the second transistor is connected to the second terminal of the condenser a divider divider, a rectifier, the input of which is connected to the secondary winding of the transformer, and a voltage regulator, the outputs of which are connected to the control circuits of transistors (see Electric locomotive construction: Collection of scientific papers of All-Russian Science and Engineering JSC and design and construction in electric locomotive building "(OJSC" VELNII "). - 2003. - T.45 - 425 p., p. 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.This auxiliary converter has large voltage ripples at the inputs of the static converters of each section, which leads to additional energy losses in the electric equipment of the electric locomotive, as well as the generation of psofotoks that interfere with the operation of the SBC devices.

Задачей изобретения является снижение дополнительных потерь электроэнергии в электрооборудовании электровоза и улучшение электромагнитной совместимости электровоза и систем СБЦ.The objective of the invention is to reduce additional losses of electricity in the electrical equipment of an electric locomotive and to improve the electromagnetic compatibility of the electric locomotive and SBC systems.

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.The problem is solved by the fact that the known converter of own needs, containing in each section of the electric locomotive a static converter consisting of a capacitor voltage divider of the contact network, the middle point of which is connected to the first output of the primary winding of the transformer, the second output of which is connected to the emitter of the first transistor and the collector of the second transistor , the collector of the first transistor is connected to the first terminal of the capacitor divider, and the emitter of the second transistor is connected to the second terminal m of a capacitor divider, a rectifier, the input of which is connected to the secondary winding of the transformer, and the voltage regulator is equipped in each section with a smoothing reactor having an output for connecting an electric locomotive to the current collector and another output connected to the first output of the capacitor divider of the static converter, and a PWM controller, the input of which connected to the output of the voltage regulator, the first output is connected to the control circuits of the first transistor of the static converter of the first section and the second transistor a second electric static converter section, and a second output connected to the control circuits of the second transistor static converter of the first section of the first transistor and the second section of the static converter, wherein the first terminals of capacitor dividers static converters both sections combined.

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.Combining the outputs of smoothing reactors and the inputs of capacitor dividers and supplying the device with a PWM controller allows you to synchronize the operation of static converters in antiphase, thereby increasing the frequency of current consumed from the network, reducing the ripple of voltage and current of the electric locomotive and energy loss, reducing psofotok and radio noise, increasing electromagnetic compatibility with SBC system.

На фиг.1 представлена схема преобразователя собственных нужд электровоза, на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства.Figure 1 presents a diagram of the converter of own needs of an electric locomotive, figure 2 is a timing diagram of the operation of the device.

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.The converter of auxiliary needs of the electric locomotive (Fig. 1) contains two static converters located in the first and second sections of the electric locomotive. Each of them consists of a smoothing reactor 1 connected to a capacitor divider 2, 3, the middle point of which is connected to the first terminal of the primary winding of transformer 4, the second terminal of which is connected to the emitter of the first transistor 5 and the collector of the second transistor 6. The collector of transistor 5 is connected to a point the connection of the first output of the capacitive divider 2, 3 and the smoothing reactor 1, combined with the same point in the second section, and the emitter of the second transistor 6 is connected to the second output of the capacitive divider and with a common bus. The secondary winding of the transformer 4 is connected to the input of the rectifier 7. The control circuit of the transistors is connected to the outputs of the PWM controller 8, and the first output of the PWM controller is connected to the control circuits of the first transistor 5 of the first section of the electric locomotive and the second transistor 6 of the second section of the electric locomotive, and the second output of the PWM controllers with control circuits of the second transistor 6 of the first section of the electric locomotive and the first transistor 5 of the second section. The input of the PWM controller 8 is connected to the output of the voltage regulator 9.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

На фиг.2 обозначены: ТГ - импульсы тактового генератора ШИМ-контроллера 8;Figure 2 marked: TG - pulses of the clock generator of the PWM controller 8;

U5, U6, U7, U8 - напряжения управления на соответствующих транзисторах;U 5 , U 6 , U 7 , U 8 - control voltage on the corresponding transistors;

i - суммарный ток через сглаживающие реакторы первой и второй секций.i is the total current through the smoothing reactors of the first and second sections.

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 i1 в обратном направлении, после чего процесс повторится.In the first clock pulse (figure 2), the PWM controller 8 opens the transistor 5 of the first static converter, passing a current pulse i 1 in the positive direction through the primary winding of the transformer 4 (shown by the arrow in figure 2). Through an open transistor 6, a capacitor 3 and the primary winding of the transformer 4 of the second section, a current pulse i 2 will flow in the opposite direction. The duration of the pulses is determined by the voltage regulator 9 in accordance with maintaining the required voltage level at the output of the rectifiers 7. In the second clock pulse, the transistor 5 of the second static converter in the second section of the electric locomotive opens, passing a current pulse i 2 in the positive direction through the primary winding of the transformer 4, and transistor 6 , flowing through the primary winding of the transformer 4 and the capacitor section 3 of the first pulse of current i 1 in the reverse direction, whereupon the process repeated.

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.The simultaneous inclusion of transistors 5 and 6 in different sections allows you to consume current through the reactors 1 of the section with one transistor 5, while the current of the primary winding of the other section flows through the other transistor 6 through a pre-charged capacitor 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.Thus, a current with a double pulsation frequency and a lower amplitude will flow through sections connected in parallel to the reactors, providing with these parameters of the auxiliary converter, the minimum ripple of the input current and voltage of the converter, thereby reducing the loss of electricity in electrical equipment. In addition, an improved form of the input current and voltage of the auxiliary converter reduces the level of psofotoks that interfere with the operation of the SBC and KLSB devices.

Claims (1)

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.A converter for auxiliary needs of an electric locomotive, comprising in each section of an electric locomotive a static converter consisting of a contactor capacitor voltage divider, the middle point of which is connected to the first terminal of the transformer primary winding, the second terminal of which is connected to the emitter of the first transistor and the collector of the second transistor, the collector of the first transistor is connected to the first output of the capacitor divider, and the emitter of the second transistor is connected to the second output of the capacitor divider, straight a device, the input of which is connected to the secondary winding of the transformer, and a voltage regulator, characterized in that it is equipped in each section with a smoothing reactor having an output for connecting an electric locomotive to the current collector and another output connected to the first output of the capacitor divider, and a PWM controller, input which is connected to the output of the voltage regulator, the first output of the PWM controller is connected to the control circuits of the first transistor of the static converter of the first section and the second transistor of the static converter the second section of the electric locomotive, and the second output of the PWM controller is connected to the control circuits of the second transistor of the static converter of the first section and the first transistor of the static converter of the second section.
RU2005114083/11A 2005-05-11 2005-05-11 Electric locomotive local demands converter RU2314939C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005114083/11A RU2314939C2 (en) 2005-05-11 2005-05-11 Electric locomotive local demands converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005114083/11A RU2314939C2 (en) 2005-05-11 2005-05-11 Electric locomotive local demands converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005114083A RU2005114083A (en) 2006-11-20
RU2314939C2 true RU2314939C2 (en) 2008-01-20

Family

ID=37501669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005114083/11A RU2314939C2 (en) 2005-05-11 2005-05-11 Electric locomotive local demands converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2314939C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2523698C1 (en) * 2013-02-14 2014-07-20 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Direct to alternate current converter
RU2612064C1 (en) * 2016-01-28 2017-03-02 Акционерное общество "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" Conversion system of power supply of electric locomotive auxiliary power
RU2754159C1 (en) * 2021-03-22 2021-08-30 Максим Юрьевич Кейно Method and device for voltage stabilization in power supply system of asynchronous auxiliary machines of alternating current electric locomotives

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2523698C1 (en) * 2013-02-14 2014-07-20 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" Direct to alternate current converter
RU2612064C1 (en) * 2016-01-28 2017-03-02 Акционерное общество "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" Conversion system of power supply of electric locomotive auxiliary power
RU2754159C1 (en) * 2021-03-22 2021-08-30 Максим Юрьевич Кейно Method and device for voltage stabilization in power supply system of asynchronous auxiliary machines of alternating current electric locomotives

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005114083A (en) 2006-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11909326B2 (en) Parallel hybrid converter apparatus and method
Lee et al. Digital combination of buck and boost converters to control a positive buck–boost converter and improve the output transients
CN102545671B (en) The method of electricity generation system, power source converter and power conversion
Everts et al. Switching control strategy for full ZVS soft-switching operation of a dual active bridge AC/DC converter
US9673719B2 (en) Dual Active Bridge with flyback mode
Prasanna et al. Novel zero-current-switching current-fed half-bridge isolated DC/DC converter for fuel-cell-based applications
CN105659484B (en) Power-converting device
CN103516221A (en) Bi-direction direct-current solid-state transformer with high-frequency alternating-current isolation link
CN103296712B (en) Charging circuits for energy storage device and method for charging energy storage device
CN108306543B (en) Multifunctional AC/DC conversion circuit and control method thereof
CN102522897A (en) Bidirectional direct-current converter with high buck-boost ratio
CN105324922A (en) Inverter comprising at least two direct current inputs, a photovoltaic installation comprising such an inverter, and a method for actuating an inverter
US11065968B2 (en) Integrated multi-source IPT system
Hayashi Power density design of SiC and GaN DC-DC converters for 380 V DC distribution system based on series-parallel circuit topology
JP2012085465A (en) Power supply device
CN102570571A (en) Mixed energy storage device for automobile
KR20140047981A (en) A dc-dc converter
CN102142688A (en) Electric power grid connecting system as well as electric power transmission system and method
Tran et al. Multiport resonant DC-DC converter
CN210807100U (en) Power transmission circuit
RU2314939C2 (en) Electric locomotive local demands converter
CN210881738U (en) High-power bidirectional charger
KR20190115364A (en) Single and three phase combined charger
Zhang et al. Development of a WBG-based transformerless electric vehicle charger with semiconductor isolation
Valdez-Resendiz et al. Double-dual dc-dc conversion: A survey of contributions, generalization, and systematic generation of new topologies

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees