RU2467892C1 - Method of increasing ac electric locomotive power efficiency and quality of electric power at locomotive current collector, and device to this end - Google Patents

Method of increasing ac electric locomotive power efficiency and quality of electric power at locomotive current collector, and device to this end Download PDF

Info

Publication number
RU2467892C1
RU2467892C1 RU2011114344/11A RU2011114344A RU2467892C1 RU 2467892 C1 RU2467892 C1 RU 2467892C1 RU 2011114344/11 A RU2011114344/11 A RU 2011114344/11A RU 2011114344 A RU2011114344 A RU 2011114344A RU 2467892 C1 RU2467892 C1 RU 2467892C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
control
electric locomotive
voltage
electric
Prior art date
Application number
RU2011114344/11A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011114344A (en
Inventor
Олег Валерьевич Мельниченко
Юрий Владимирович Газизов
Александр Юрьевич Портной
Сергей Геннадьевич Шрамко
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги"
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 "Российские Железные Дороги" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги"
Priority to RU2011114344/11A priority Critical patent/RU2467892C1/en
Publication of RU2011114344A publication Critical patent/RU2011114344A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2467892C1 publication Critical patent/RU2467892C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

FIELD: transport.
SUBSTANCE: invention relates to electric rolling stock, particularly, to voltage rectifier-inverter converters. Proposed method of different-phase control (DPC) allows rejecting using αtr for α0, and incorporates adaptive functions. ADPC system comprises control unit, transducer supply unit, analog-to-digital transducer unit (ADT), digital filters, unit to compute delays and unit of programmable timers, two units of switches (SU), power supply (PS), sets of control units. Unit of switches comprises set of input converters for signals traction/recovery (t/r) and synchronisation. Control unit serves to convert and filter transducer signal. Two units of switches are intended for galvanic isolation of ADPC-001 from electric locomotive circuits, amplification of signals to magnitude required for operation of "СФИ ВИП", switching of signals between I/O. It comprises input unit of matching and unit of input amplifiers. Power supply unit generates voltages required for operation of APDC system and galvanic isolation of t/r signal from locomotive circuits and decreases amplitude of voltage distortion harmonics corresponding to frequencies of there oscillations.
EFFECT: reduced post-switching voltage oscillations at current collector.
4 dwg

Description

Способ предназначен для использования на электроподвижном составе и относится к алгоритму управления исполнительным устройством - выпрямительно-инверторным преобразователем напряжения.The method is intended for use on an electrically rolling stock and relates to an actuator control algorithm — a rectifier-inverter voltage converter.

Применение тиристорных выпрямителей в статических преобразователях электровозов однофазно-постоянного тока (иная формулировка однофазного синусоидального тока промышленной частоты 50 Гц) в России и за рубежом дало возможность производить управление коллекторными тяговыми двигателями путем плавной регулировки напряжения на них. Это осуществляется изменением моментов отпирания соответствующих плеч выпрямительно-инверторного преобразователя (ВИП-4000) электровоза в пределах периода питающего напряжения [1,4].The use of thyristor rectifiers in static converters of single-phase direct current electric locomotives (a different formulation of a single-phase sinusoidal current of an industrial frequency of 50 Hz) in Russia and abroad made it possible to control collector traction motors by continuously adjusting the voltage across them. This is done by changing the unlocking moments of the corresponding arms of the rectifier-inverter converter (VIP-4000) of the electric locomotive within the period of the supply voltage [1,4].

Однако эксплуатация таких электровозов наряду с достоинствами силовых схем тиристорных преобразователей выявила и ряд их недостатков по сравнению с электровозами, оборудованными неуправляемыми полупроводниковыми диодами. Вопросы надежности работы технических средств электровозов всегда были актуальными, и им уделялось большое внимание в научных исследованиях [1].However, the operation of such electric locomotives, along with the advantages of power circuits of thyristor converters, revealed a number of their disadvantages compared to electric locomotives equipped with uncontrolled semiconductor diodes. The reliability issues of technical equipment of electric locomotives have always been relevant, and they received great attention in scientific research [1].

Согласно штатному алгоритму работы системы управления электровозов с плавным регулированием напряжения (ВЛ80Р, ВЛ85 и другие электровозы с тиристорными преобразователями), коммутация тока всех ВИП обеих секций происходит одновременно. В момент начала коммутации часть обмоток тягового трансформатора каждой секции электровоза начинает работать в режиме короткого замыкания. Одновременное начало коммутации всех преобразователей обусловливает резкое уменьшение напряжения на токоприемнике. Однако мгновенного снижения напряжения не происходит, так как вследствие наличия в тяговой сети распределенных индуктивностей и емкости возникают свободные колебания напряжения (первый закон коммутации) [4, с.115].According to the standard algorithm of the control system of electric locomotives with smooth voltage regulation (VL80R, VL85 and other electric locomotives with thyristor converters), the current switching of all VIPs of both sections occurs simultaneously. At the beginning of switching, part of the windings of the traction transformer of each section of the electric locomotive begins to work in short circuit mode. The simultaneous start of switching of all converters causes a sharp decrease in voltage at the current collector. However, an instantaneous voltage drop does not occur, since due to the presence of distributed inductors and capacitance in the traction network, free voltage fluctuations occur (the first switching law) [4, p. 115].

Известен способ управления тиристорными преобразователями электровоза [2], с применением разрядного диодного плеча, позволяющий снизить электромагнитные колебания напряжения в зоне естественной коммутации (основой коммутации). Но при использовании данного алгоритма задачу улучшения качества напряжения в контактной сети удалось решить только при протекании основной коммутации тока тиристоров плеч ВИП, а при фазовом регулировании на каждой зоне свободные колебания остались без изменения и могли в амплитуде достигать напряжения питающей сети.A known method of controlling thyristor converters of an electric locomotive [2], using a discharge diode arm, which allows to reduce electromagnetic voltage fluctuations in the natural switching zone (switching basis). But when using this algorithm, the problem of improving the quality of voltage in the contact network was solved only when the main switching current of the thyristors of the VIP arms was flowing, and with phase regulation in each zone, free oscillations remained unchanged and could reach the voltage of the mains in amplitude.

Наиболее близким техническим решением стал способ разнофазного управления (РФУ), предложенный сотрудниками Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ), заключающийся в разнесении во времени начал, а также окончаний коммутации различных групп преобразователей (на 8-9 электрических градусов по углам α0 и αр). В теории это должно было позволить снизить вынужденный скачок напряжения при включении и выключении каждой группы преобразователей и амплитуду свободных колебаний напряжения на токоприемнике [3].The closest technical solution was the multi-phase control method (RFU), proposed by the staff of the All-Russian Scientific Research Institute of Railway Transport (VNIIZhT), consisting in the separation in time of the beginnings, as well as the ends of the switching of various groups of converters (8-9 electrical degrees at the angles α 0 and α p ). In theory, this was supposed to reduce the forced voltage jump when turning on and off each group of converters and the amplitude of free voltage fluctuations at the current collector [3].

Однако на практике способ, предложенный ВНИИЖТом, не получил распространения ввиду наличия существенных недостатков.However, in practice, the method proposed by VNIIZHT was not widely used due to the presence of significant shortcomings.

Основные недостатки существующего способа РФУ:The main disadvantages of the existing method of RFU:

- разнофазность управления достигается постоянным увеличением угла открытия тиристоров преобразователя на 8-9 электрических градусов (как по углам α0, так и по αр), а это, в свою очередь, значительно снижает внешние характеристики преобразователя (ВИП);- different-phase control is achieved by a constant increase in the opening angle of the thyristors of the converter by 8–9 electrical degrees (both at the angles α 0 and α p ), and this, in turn, significantly reduces the external characteristics of the converter (VIP);

- снижение коэффициента мощности электровоза при реализации предлагаемого алгоритма;- reduction of the power factor of the electric locomotive when implementing the proposed algorithm;

- мощность электровоза в часовом и продолжительном режиме несколько ниже, чем при типовом способе управления, происходит и некоторое снижение скорости;- the power of the electric locomotive in the hourly and continuous mode is slightly lower than with the typical control method, there is also a slight decrease in speed;

- постоянство сдвига угла открытия тиристоров преобразователя на 8-9 электрических градусов не дает полного эффекта снижения высокочастотных колебаний напряжения контактной сети из-за изменения индуктивности и емкости тяговой сети (в зависимости от удаления от тяговой подстанции).- the constancy of the shift of the opening angle of the thyristors of the converter by 8-9 electrical degrees does not give the full effect of reducing high-frequency fluctuations in the voltage of the contact network due to changes in the inductance and capacity of the traction network (depending on the distance from the traction substation).

Известен блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем (БУВИП-133) [4, с.123], содержащий каркас блока, электронные кассеты управления, зажимы для подключения устройства диагностики, предназначен для управления ВИП-4000.Known control unit of the rectifier-inverter converter (BUVIP-133) [4, p.123], containing the block frame, electronic control cassettes, clamps for connecting a diagnostic device, is designed to control VIP-4000.

Однако блок имеет недостаток связанный с одновременным коммутированием тиристорных плеч всех ВИП-4000 электровоза. Таким образом возникающие при этом коммутационные и послекоммутационые колебания имеют высокую мощность.However, the unit has the disadvantage associated with the simultaneous switching of the thyristor arms of all VIP-4000 electric locomotives. Thus, the switching and post-switching oscillations arising from this have a high power.

Предлагается способ РФУ с использованием разрядного диодного плеча, позволяющего отказаться от использования в алгоритме управления αрфу (угла сдвига фаз при РФУ) для α0, и с использованием адаптивной системы, а также с совместным применением способа двухконтурной одновременной коммутации плеч тиристоров ВИП (фиг.3). Предлагается производить задержку управления плечами преобразователя равной полупериоду собственных колебаний напряжения тяговой сети.An RFU method is proposed using a discharge diode arm, which makes it possible to abandon the use of α rfu (phase angle at RFU) in the control algorithm for α 0 , and using an adaptive system, as well as with the combined use of the double-circuit simultaneous switching method of the shoulders of VIP thyristors (Fig. 3). It is proposed to delay the control of the shoulders of the transducer equal to the half-cycle of the natural oscillations of the voltage of the traction network.

Адаптивная системы разнофазного управления (АРФУ), являющаяся дополнением к БУВИП-133, предназначена для создания сдвига фаз (αррфу) по углу регулирования (αр), относительно двух ВИП с целью взаимного наложения возникающих колебаний напряжения и их снижения.Adaptive multi-phase control system (ARFU), which is an addition to BUVIP-133, is designed to create a phase shift (α rff ) in the angle of regulation (α r ), relative to two VIPs with the aim of overlapping the resulting voltage fluctuations and reducing them.

АРФУ должно обеспечивать реализацию управления в соответствии с представленным новым алгоритмом управления (фиг.4).ARFU should provide the implementation of management in accordance with the presented new control algorithm (figure 4).

Функциональная схема АРФУ приведена на фиг.1. Система содержит следующие блоки:Functional diagram of the ARFU is shown in figure 1. The system contains the following blocks:

- блок управления (БУ), содержащий нормирующий усилитель, блок питания датчика, блок аналого-цифрового преобразователя (АЦП), цифровые фильтры, блок расчета задержки и блок программируемых таймеров;- a control unit (CU) containing a normalizing amplifier, a sensor power supply, an analog-to-digital converter (ADC) unit, digital filters, a delay calculation unit, and a programmable timer unit;

- два блока ключей (БК), содержащий входной блок согласования, блок входных усилителей и блок реле;- two blocks of keys (BC), containing an input matching unit, a block of input amplifiers and a relay block;

- блок питания (БП), блоков БУ, БК, который включает в себя узел входных преобразователей для сигналов тяга/рекуперация (т/р) и синхронизации.- a power supply unit (PSU), blocks BU, BK, which includes a node input converters for signals thrust / recovery (t / r) and synchronization.

Принципиальная схема подключения АРФУ к цепям электровоза приведена на фиг.2.A schematic diagram of the connection of the ARFU to the electric locomotive circuits is shown in Fig.2.

Блок управления БУ предназначен для преобразования сигнала датчика, его фильтрации, выделения максимальной гармоники, расчета времени задержки от номера гармоники, задержки сигналов управления ВИП на расчетное время, а также осуществляет управление остальными узлами АРФУ и содержит плату сбора, передачи и обработки информации разнофазного управления ВИП электровоза (на базе микропроцессора типа ADuC842BS) (фиг.1). БУ содержит следующие элементы:The control unit BU is designed to convert the sensor signal, filter it, extract the maximum harmonic, calculate the delay time from the harmonic number, delay the VIP control signals for the estimated time, and also control the other nodes of the ARPU and contain a board for collecting, transmitting and processing information of the multi-phase VIP control electric locomotive (based on a microprocessor type ADuC842BS) (Fig. 1). The control unit contains the following elements:

- разъем для программирования конфигурационной памяти ПЛИС;- connector for programming FPGA configuration memory;

- разъем для связи с остальными блоками АРФУ;- a connector for communication with other ARFU units;

- разъем для подключения датчика напряжения;- a connector for connecting a voltage sensor;

- разъем для связи блока с компьютером и программирования микропроцессора;- connector for communication of the unit with the computer and programming of the microprocessor;

- операционные усилители типа OP27FG, преобразующие токовые сигналы от датчика в напряжения, усиления их до уровня, необходимого для работы аналого-цифрового преобразователя (АЦП);- OP27FG-type operational amplifiers that convert current signals from the sensor to voltages, amplifying them to the level necessary for the operation of an analog-to-digital converter (ADC);

- источник опорного напряжения, с которым сравнивается напряжение от нормирующего усилителя, и АЦП формирует соответствующий цифровой код;- the reference voltage source, with which the voltage from the normalizing amplifier is compared, and the ADC generates a corresponding digital code;

- микропроцессор типа ADuC842BS, включающий в свой состав АЦП, блок программно реализованных цифровых полосовых фильтров, настроенных на 15, 17, 19, 21, 23 гармоники сетевого напряжения, блок выделения максимальной гармоники, блока вычислений, который по заданному алгоритму рассчитывает времена задержки переключения плеч ВИП в зависимости от номера гармоники, узел формирования сигнала управления реле;- a microprocessor of the type ADuC842BS, which includes an ADC, a block of software-implemented digital band-pass filters tuned to 15, 17, 19, 21, 23 harmonics of the mains voltage, a block for extracting the maximum harmonic, a computation unit that calculates shoulder switching delay times according to a given algorithm VIP depending on the harmonic number, the node for generating the relay control signal;

- Программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) типа XC2S30-VSQ100-6I, содержащая программируемые таймеры для формирования полученного времени задержки, логический блок, который управляет работой таймеров, обрабатывает сигналы Т/Р и синхронизации и формирует сигналы управления переключением плеч ВИП;- A programmable logic integrated circuit (FPGA) of the XC2S30-VSQ100-6I type, containing programmable timers for generating the obtained delay time, a logic unit that controls the operation of the timers, processes the T / P and synchronization signals and generates control signals for switching the VIP arms;

- микросхема памяти типа XCF01S, обеспечивающая хранение прошивки конфигурации ПЛИС на время отключения питания;- memory chip type XCF01S, providing storage of FPGA configuration firmware for the duration of a power outage;

- микросхема типа ADM232AARW, представляющая собой стандартный формирователь интерфейса RS-232 для связи с компьютером и программирования микропроцессора;- a chip like ADM232AARW, which is a standard RS-232 interface driver for communication with a computer and programming a microprocessor;

- микросхемы типа IN74HC245D - буферные усилители, усиливают сигналы от ПЛИС для передачи на БК;- microcircuit type IN74HC245D - buffer amplifiers, amplify the signals from the FPGA for transmission to the BC;

- микросхемы типа LM217 - стабилизатор напряжения для питания ПЛИС и микросхемы памяти;- LM217 type microcircuit - voltage stabilizer for supplying FPGAs and memory microcircuits;

- генератор, который формирует тактовые импульсы заданной частоты для работы ПЛИС.- a generator that generates clock pulses of a given frequency for FPGA operation.

Работа БУ-001 в режиме тяги электровоза заключается в следующем: при включении питания происходит перезапись конфигурации из микросхема памяти типа XCF01S в ПЛИС. По приходу импульса синхронизации процессор выдает сигнал на включение реле и записывает в ПЛИС нулевые задержки. По приходу импульсов управления от БУВИП происходит их трансляция без задержки на выходные усилители и на СФИ ВИП. Одновременно с этим происходит считывание данных с датчика напряжения и расчет задержки импульсов управления фазовых углов на соответствующие плечи ВИП.The operation of the BU-001 in the traction mode of an electric locomotive is as follows: when the power is turned on, the configuration is overwritten from the memory chip of the XCF01S type to the FPGA. Upon arrival of the synchronization pulse, the processor gives a signal to turn on the relay and records zero delays in the FPGA. Upon the arrival of control pulses from BUVIP, they are transmitted without delay to the output amplifiers and to the SFI VIP. At the same time, data is read from the voltage sensor and the delay of the phase angle control pulses is calculated on the corresponding arms of the VIP.

По окончании расчета и формирования очередного импульса синхронизации от датчика напряжения LVS-100 происходит запись в таймеры блока управления либо нулевых, либо расчетных задержек фазовых углов регулирования, в зависимости от номера полупериода. По окончании времени задержки фазовые импульсы управления выдаются на выходные усилители. При сборе схемы рекуперации соответствующий сигнал от цепей электровоза поступает в БУ и переключает реле на прямое прохождение сигналов от БУВИП к СФИ ВИП без задержек (режим рекуперативного торможения является штатным).At the end of the calculation and the formation of the next synchronization pulse from the LVS-100 voltage sensor, either zero or calculated delays of the control phase angles are recorded in the timers of the control unit, depending on the number of the half-cycle. At the end of the delay time, phase control pulses are output to the output amplifiers. When collecting the recovery scheme, the corresponding signal from the electric locomotive circuits enters the control unit and switches the relay to the direct passage of signals from the BUVIP to the SFI VIP without delays (regenerative braking mode is standard).

Блок ключей БК (2 шт.) предназначен для гальванической развязки АРФУ-001 от цепей электровоза, усиления сигналов до величины, необходимой для работы СФИ ВИП, коммутации сигналов между входом и выходом и содержит входной блок согласования и блок входных усилителей (фиг.1).The key block BK (2 pcs.) Is designed for galvanic isolation of the ARFU-001 from the electric locomotive circuits, amplifying the signals to the value necessary for the operation of the SFI VIP, switching the signals between the input and output and contains an input matching unit and a block of input amplifiers (Fig. 1) .

Функционально БК-001 состоит из четырех одинаковых блоков входных формирователей и восьми блоков выходных ключей, он содержит следующие узлы:Functionally, BK-001 consists of four identical blocks of input shapers and eight blocks of output keys, it contains the following nodes:

- разъем, предназначенный для связи с другими блоками системы;- a connector designed for communication with other blocks of the system;

- разъем, предназначенный для связи с цепями электровоза;- a connector designed for communication with electric locomotive circuits;

- оптроны типа ADuM1400AARW для гальванической развязки выходных усилителей от БУ;- optocouplers of type ADuM1400AARW for galvanic isolation of output amplifiers from control units;

- источник питания гальванической развязки;- galvanic isolation power source;

- оптроны типа АОuМ1400ААRW для гальванической развязки входных сигналов от цепей электровоза (блоки входных формирователей);- optocouplers of type AOuM1400AARW for galvanic isolation of input signals from electric locomotive circuits (input shaper blocks);

- восемь выходных усилителей (блоки выходных формирователей);- eight output amplifiers (blocks of output shapers);

- восемь реле, предназначенных для прямой подачи сигналов на плечи ВИП при неисправности системы разнофазного управления и работе в режиме рекуперации.- eight relays designed for direct supply of signals to the shoulders of the VIP in the event of a malfunction of the multi-phase control system and operation in the recovery mode.

Блок питания БП предназначен для формирования напряжений, необходимых для работы системы АРФУ и гальванической развязки сигнала Т/Р от цепей электровоза (фиг.1).The power supply unit BP is designed to generate voltages necessary for the operation of the ARFU system and galvanic isolation of the T / P signal from the electric locomotive circuits (Fig. 1).

Блок БП-001 содержит следующие узлы:The BP-001 block contains the following nodes:

- разъем, предназначенный для связи с другими блоками системы;- a connector designed for communication with other blocks of the system;

- разъем, предназначенный для связи с цепями электровоза;- a connector designed for communication with electric locomotive circuits;

- оптроны типа HCPL4503 для гальванической развязки сигналов тяга-рекуперация (Т/Р) и синхронизация от цепей электровоза;- optocouplers of the HCPL4503 type for galvanic isolation of thrust recovery signals (T / P) and synchronization from electric locomotive circuits;

- модуль типа WPN20R48SC, представляющий из себя двухполярный импульсный источник питания с выходным напряжением +15В и -15В, предназначен для питания аналоговых узлов системы АРФУ;- a module of type WPN20R48SC, which is a bipolar switching power supply with an output voltage of + 15V and -15V, designed to power the analog nodes of the ARFU system;

- модуль типа WPN20R48S05C, представляющий из себя импульсный источник питания с выходным напряжением +5В, который обеспечивает питанием цифровые микросхемы системы АРФУ;- a module of type WPN20R48S05C, which is a switching power supply with an output voltage of + 5V, which provides power to the digital circuits of the ARFU system;

- модуль типа WPN20R48SC, представляющий собой двухполярный импульсный источник питания с выходным напряжением +15В и -15В, предназначенный для питания датчика напряжения типа LVS-100.- module type WPN20R48SC, which is a bipolar switching power supply with an output voltage of + 15V and -15V, designed to power a voltage sensor of type LVS-100.

Созданная адаптивная система разнофазного управления ВИП электровоза позволяет независимо от места расположения электровоза на фидерной зоне (изменения параметров контактной сети) максимально уменьшать амплитуды искажающих напряжение гармоник, соответствующих частотам этих колебаний, что ведет к снижению коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения и, в целом, к повышению качества электрической энергии в контактной сети.The created adaptive system of different-phase control of the VIP of an electric locomotive allows, regardless of the location of the electric locomotive on the feeder zone (changing the contact network parameters), to minimize the amplitudes of voltage-distorting harmonics corresponding to the frequencies of these oscillations, which leads to a decrease in the distortion coefficient of the sinusoidality of the voltage curve and, in general, to increase quality of electrical energy in the contact network.

Для того чтобы внешняя характеристика преобразователя снижалась незначительно, необходимо так же как и в способе-прототипе [3] чередовать отклонения регулируемого угла для каждой секции в разные полупериоды (фиг.4).In order for the external characteristic of the converter to decrease slightly, it is necessary, as in the prototype method [3], to alternate the deviations of the adjustable angle for each section in different half-periods (Fig. 4).

Работа предлагаемого алгоритма (фиг.4) заключается в следующем.The work of the proposed algorithm (figure 4) is as follows.

На 1-й зоне регулирования:On the 1st regulation zone:

На первый ВИП секции электровоза в первый полупериод питающего напряжения на тиристорное плечо VS3 и VS6 подается импульс управления αр, a на соответствующее плечо второго ВИП подается импульс αррфу. На α0 задержанный импульс не подается, т.к. отрицательный участок напряжения замыкается на разрядное диодное плечо и этим снижает коммутационный скачок напряжения [3]. Во второй полупериод, для того чтобы не снижалась внешняя характеристика преобразователя, наоборот, на первый ВИП на тиристорное плечо VS4, VS5 подается импульс управления αррфу, в то же время на второй ВИП на эти же плечи подается импульс αр (фиг.4).At first TTI for the first section of the electric supply voltage to half thyristor shoulder VS3 VS6 and a pulse control α p, a shoulder corresponding to the second pulse supplied VIP α rrfu. At α 0, the delayed pulse is not supplied, because the negative voltage section closes on the discharge diode arm and this reduces the switching voltage jump [3]. In the second half-period, so that the external characteristic of the converter does not decrease, on the contrary, the control pulse α rfu is applied to the first VIP on the thyristor arm VS4, VS5, at the same time, the pulse α p is applied to the same VIP on the same arms (Fig. 4) .

На 2-й зоне регулирования:On the 2nd regulation zone:

На первый ВИП в первый полупериод питающего напряжения на тиристорное плечо VS1 подается импульс управления αр, а на соответствующее плечо второго ВИП подается импульс αррфу. Во второй полупериод, для того чтобы не снижалась внешняя характеристика преобразователя, наоборот, на первый ВИП на тиристорное плечо VS2 подается импульс управления αррфу, в то же время на второй ВИП на это же плечо подается импульс αр (фиг.4).For the first VIP in the first half-cycle of the supply voltage, the control pulse α r is applied to the thyristor arm VS1, and the pulse α rfu is fed to the corresponding arm of the second VIP. In the second half-cycle, so that the external characteristic of the converter does not decrease, on the contrary, the control pulse α rfp is applied to the first VIP on the thyristor arm VS2, while the pulse α p is applied to the second VIP on the same arm (Fig. 4).

На 3-й зоне регулирования:On the 3rd regulation zone:

На первый ВИЛ в первый полупериод питающего напряжения на тиристорное плечо VS3 подается импульс управления αр, а на соответствующее плечо второго ВИП подается импульс αррфу. Во второй полупериод, для того чтобы не снижалась внешняя характеристика преобразователя, наоборот, на первый ВИП на тиристорное плечо VS4 подается импульс управления αррфу, в то же время на второй ВИП на это же плечо подается импульс ар (фиг.4).At first VCSEL in the first half cycle of the supply voltage to the thyristor shoulder VS3 α p supplied control pulse, and the corresponding arm of the second pulse supplied VIP α rrfu. In the second half-period, so that the external characteristic of the converter does not decrease, on the contrary, the control pulse α rfu is applied to the first VIP on the thyristor arm VS4, at the same time, the pulse a p is applied to the second VIP on the same arm (Fig. 4).

На 4-й зоне регулирования:On the 4th regulation zone:

На первый ВИП в первый полупериод питающего напряжения на тиристорное плечо VS1 подается импульс управления αр, а на соответствующее плечо второго ВИП подается импульс аррфу. Во второй полупериод, для того чтобы не снижалась внешняя характеристика преобразователя, наоборот, на первый ВИП на тиристорное плечо VS2 подается импульс управления αррфу, в то же время на второй ВИП на это же плечо подается импульс αр (фиг.4).For the first VIP in the first half-cycle of the supply voltage, the control pulse α r is supplied to the thyristor arm VS1, and the pulse rrf is supplied to the corresponding arm of the second VIP. In the second half-cycle, so that the external characteristic of the converter does not decrease, on the contrary, the control pulse α rfp is applied to the first VIP on the thyristor arm VS2, while the pulse α p is applied to the second VIP on the same arm (Fig. 4).

При реализации данного алгоритма используется также способ двухконтурной одновременной коммутации (коммутация большого и малого контуров реализуется одновременно, без участия плеч тиристоров ВИП предыдущих зон регулирования напряжения) (Фиг.3).When implementing this algorithm, a double-circuit simultaneous switching method is also used (switching of large and small circuits is realized simultaneously, without the participation of the thyristor arms of the VIP of the previous voltage control zones) (Figure 3).

Предлагаемый способ реализации РФУ позволит исключить вышерассмотренные недостатки.The proposed method for the implementation of the RFU will eliminate the above disadvantages.

Технический результат при реализации предлагаемого способа снижения послекоммутационных колебаний напряжения на токоприемнике электровоза:The technical result when implementing the proposed method of reducing post-switching voltage fluctuations on the current collector of an electric locomotive:

- повышается качество напряжения в контактной сети;- improves the quality of voltage in the contact network;

- продлится срок службы изоляции электрических машин и аппаратов;- the insulation service life of electric machines and apparatuses will be extended;

- повысится надежность работы устройств сигнализации, централизации, блокировки (СЦБ), автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия (АЛСН), системы управления преобразователями электровоза, релейной защиты, автоматики, связи и вычислительной техники.- the reliability of operation of signaling, centralization, blocking (STB) devices, continuous automatic locomotive signaling (ALSN), control systems for electric locomotive converters, relay protection, automation, communications and computer technology will increase.

Источники информацииInformation sources

1. Тихменев Б.Н., Кучумов В.А. Электровозы переменного тока с тиристорными преобразователями. - М.: Транспорт, 1988. - 311 с.1. Tikhmenev B.N., Kuchumov V.A. Electric locomotives of alternating current with thyristor converters. - M .: Transport, 1988 .-- 311 p.

2. Способ управления многозонным выпрямителем однофазного переменного тока. Пат. №2322749, Рос. Федерация: МПК Н02М 5/42 / №2006140957/09; заявл. 20.11.06; опубл. 20.04.2008.2. A method of controlling a multi-zone rectifier single-phase alternating current. Pat. No. 2322749, Ros. Federation: IPC Н02М 5/42 / №2006140957 / 09; declared 11/20/06; publ. 04/20/2008.

3. Кучумов В.А., Находкин В.В., Широченко Н.Н. Технико-экономические показатели тиристорных электровозов переменного тока с разнофазным управлением // Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения. 1987, №3, С.15-18.3. Kuchumov V. A., Nakhodkin V. V., Shirochenko N. N. Technical and economic indicators of thyristor electric locomotives of alternating current with different-phase control // Bulletin of the All-Russian Research and Design Institute of Electric Locomotive. 1987, No. 3, S.15-18.

4. Электровоз ВЛ85: Руководство по эксплуатации / Б.А.Тушканов, Н.Г.Пушкарев, Л.А.Позднякова и др. - Москва: Транспорт, 1995. - 480 с.4. Electric locomotive VL85: Operation manual / B.A. Tushkanov, N.G. Pushkarev, L.A. Pozdnyakova, etc. - Moscow: Transport, 1995. - 480 p.

Claims (2)

1. Способ повышения энергетических показателей электровоза переменного тока и качества электрической энергии на токоприемнике, представляющий собой алгоритм разнофазного управления выпрямительно-инверторного преобразователя электровоза по углу α0 и αр с постоянным разнесением во времени начал, а также окончаний коммутации различных групп преобразователей (угол задержки - αррфу) на 8-9 электрических градусов и чередованием задержки по секциям электровоза в различные полупериоды напряжения, отличающийся тем, что используется адаптивное разнофазное управление плечами преобразователя с переменным углом задержки (αррфу), равным полупериоду собственных колебаний напряжения тяговой сети, и только по углу регулирования αр, выявлять длительность которых предлагается, используя адаптивную систему управления, с совместным использованием алгоритма управления с двухконтурной одновременной коммутацией плеч выпрямительно-инверторного преобразователя с применением диодного разрядного плеча.1. A way to increase the energy indicators of an alternating current electric locomotive and the quality of electric energy at a current collector, which is an algorithm for different-phase control of a rectifier-inverter converter of an electric locomotive in the angle α 0 and α p with constant time diversity of the beginning, as well as the endings of switching of various groups of converters (delay angle - α of the Russian Federation ) by 8–9 electrical degrees and by alternating the delay in sections of the electric locomotive for various half-periods of voltage, characterized in that the adaptive different-phase control of the converter arms with a variable delay angle (α rfpu ) equal to the half-cycle of natural oscillations of the traction network voltage, and only by the angle of regulation α p , the duration of which is proposed to be determined using an adaptive control system with the use of a control algorithm with simultaneous dual-circuit switching of shoulders rectifier-inverter converter using a diode discharge arm. 2. Устройство снижения послекоммутационных колебаний напряжения на токоприемнике электровоза для осуществления заявленного способа, содержащее каркас блока, электронные кассеты управления, зажимы для подключения устройства диагностики, реализующее управление плечами тиристоров выпрямительно-инверторного преобразователя импульсами управления αр, отличающееся тем, что установлен дополнительный блок адаптивной системы разнофазного управления, обеспечивающий сдвиг импульсов управления αр на переменную величину αррфу, в зависимости от положения электровоза на участке фидерной зоны, содержащий блок положения электровоза на участке фидерной зоны, содержащий блок управления (БУ), содержащий нормирующий усилитель, блок питания датчика, блок аналого-цифрового преобразователя (АЦП), цифровые фильтры, блок расчета задержки и блок программируемых таймеров, два блока ключей (БК), содержащие входной блок согласования, блок входных усилителей и блок реле, блок питания (БП) блоков БУ, БК, который включает в себя узел входных преобразователей для сигналов тяга/рекуперация (т/р) и синхронизации, БУ по заданному алгоритму осуществляет спектральный анализ гармонических колебаний питающей сети, выделяет гармонику с наибольшей амплитудой и производит расчет изменения фазы (αррфу) угла регулирования (αр) подаваемого на плечи выпрямительно-инверторного преобразователя. 2. A device for reducing post-switching voltage fluctuations on a current collector of an electric locomotive for implementing the claimed method, comprising a block frame, electronic control cassettes, clamps for connecting a diagnostic device that controls the thyristor arms of a rectifier-inverter converter with α r control pulses, characterized in that an additional adaptive block is installed raznofaznogo control system that provides the shift control pulses to the variable α p value α rrfu, depending ty from the position of the electric locomotive in the area of the feeder zone, containing the position block of the electric locomotive in the area of the feeder zone, containing a control unit (BU) containing a normalizing amplifier, a sensor power supply, an analog-to-digital converter (ADC) unit, digital filters, a delay calculation unit, and a block programmable timers, two blocks of keys (BC), containing an input matching block, a block of input amplifiers and a relay block, a power supply (BP) of blocks BU, BC, which includes a node of input converters for thrust / recovery signals (t / r) synchronization BU given algorithm performs a spectral analysis of harmonic oscillations of the mains supply, allocates harmonic with the highest amplitude, and calculates the phase change (α rrfu) adjusting the angle (α p) supplied to the shoulders of the inverter rectifier converter.
RU2011114344/11A 2011-04-13 2011-04-13 Method of increasing ac electric locomotive power efficiency and quality of electric power at locomotive current collector, and device to this end RU2467892C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011114344/11A RU2467892C1 (en) 2011-04-13 2011-04-13 Method of increasing ac electric locomotive power efficiency and quality of electric power at locomotive current collector, and device to this end

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011114344/11A RU2467892C1 (en) 2011-04-13 2011-04-13 Method of increasing ac electric locomotive power efficiency and quality of electric power at locomotive current collector, and device to this end

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011114344A RU2011114344A (en) 2012-10-27
RU2467892C1 true RU2467892C1 (en) 2012-11-27

Family

ID=47146839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011114344/11A RU2467892C1 (en) 2011-04-13 2011-04-13 Method of increasing ac electric locomotive power efficiency and quality of electric power at locomotive current collector, and device to this end

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2467892C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2659756C2 (en) * 2016-11-24 2018-07-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method for increasing the performance of the ac electric locomotives in the mode of recovery braking and the device for its implementation
RU2725649C2 (en) * 2018-07-25 2020-07-03 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта" Control method of recuperative braking of railway rolling stock with input single-phase width-pulse voltage converter

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1104629A1 (en) * 1983-04-06 1984-07-23 Ленинградский Ордена Ленина Электротехнический Институт Им.В.И.Ульянова /Ленина/ Versions of adaptive regulator for adjustable rectifier converters
SU1515322A1 (en) * 1984-05-11 1989-10-15 Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте A.c. electric drive
RU2322749C1 (en) * 2006-11-20 2008-04-20 ГОУ ВПО Дальневосточный государственный университет путей сообщения МПС России (ДВГУПС) Method for control of multizone rectifier of single-phase alternating current

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1104629A1 (en) * 1983-04-06 1984-07-23 Ленинградский Ордена Ленина Электротехнический Институт Им.В.И.Ульянова /Ленина/ Versions of adaptive regulator for adjustable rectifier converters
SU1515322A1 (en) * 1984-05-11 1989-10-15 Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по автоматизированному электроприводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте A.c. electric drive
RU2322749C1 (en) * 2006-11-20 2008-04-20 ГОУ ВПО Дальневосточный государственный университет путей сообщения МПС России (ДВГУПС) Method for control of multizone rectifier of single-phase alternating current

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2659756C2 (en) * 2016-11-24 2018-07-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method for increasing the performance of the ac electric locomotives in the mode of recovery braking and the device for its implementation
RU2725649C2 (en) * 2018-07-25 2020-07-03 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта" Control method of recuperative braking of railway rolling stock with input single-phase width-pulse voltage converter

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011114344A (en) 2012-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Krismer et al. Closed form solution for minimum conduction loss modulation of DAB converters
RU2498490C1 (en) Multizone reversible converter and method of its control
US11843247B2 (en) Modular time synchronized injection modules
CN108886328B (en) Active filter topology for cascaded inverters
JP4399392B2 (en) Power interchange device
RU2467892C1 (en) Method of increasing ac electric locomotive power efficiency and quality of electric power at locomotive current collector, and device to this end
CN104201720A (en) Control method and control device for suppression of resonance of grid-connected power generation system
Rani et al. Multilevel shunt active filter based on sinusoidal subtraction methods under different load conditions
CN201646439U (en) Power supply device for stabilized power supply using railway contact system electric energy
RU2435288C2 (en) Method to reduce post-switching oscillations of voltage at electric locomotive current collector and device for its realisation
KR101435223B1 (en) Method for operating a converter circuit
Inti et al. Design and Matlab/Simulink implementation of four switch inverter for microgrid utilities
CN103956915B (en) Cascaded H-bridges changer master-slave control method based on current coupling
CN103151905B (en) A kind of many IGCT synchronizable optical pulsed triggering circuits
CN111355204A (en) Modular high-frequency ice melting excitation power supply
RU2554856C1 (en) Multilevel power converter supplying synchronous and asynchronous motors from high dc voltage source
Vasanthi et al. Harmonic issues in Electric Traction system
KR20130110287A (en) Apparatus for controlling multilevel inverter
Kim et al. Structure and control of smart transformer with single-phase three-level H-bridge cascade converter for railway traction system
JP6567772B2 (en) Common line communication in cascaded inverters
RU2727707C1 (en) Method for different-phase control of rectifier-inverter converters of ac electric locomotive
CN103612573A (en) Energy-feedback type traction power supply device with low harmonic waves and high output power and control method of energy-feedback type traction power supply device
RU2453964C2 (en) Reactive power compensator
CN103219903B (en) The many buses of a kind of direct-current grid export rectifying conversion apparatus and control method
Zhao et al. An H-Bridge Time-Sharing Multiplexing-Based Power Electronic Transformer