RU2549356C1 - Single phase dc converter - Google Patents
Single phase dc converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2549356C1 RU2549356C1 RU2014108646/07A RU2014108646A RU2549356C1 RU 2549356 C1 RU2549356 C1 RU 2549356C1 RU 2014108646/07 A RU2014108646/07 A RU 2014108646/07A RU 2014108646 A RU2014108646 A RU 2014108646A RU 2549356 C1 RU2549356 C1 RU 2549356C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rectifier
- thyristor
- voltage
- transformer
- secondary winding
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электрифицированного железнодорожного транспорта и предназначено для электровозов переменного тока с плавным регулированием напряжения.The invention relates to the field of electrified railway transport and is intended for AC electric locomotives with stepless voltage regulation.
Общеизвестно, преобразователь однофазно-постоянного тока имеет достаточно высокое значение коэффициента полезного действия и низкий показатель среднего значения выпрямленного напряжения, что обуславливает высокое энергопотребление двигателя.It is well known that a single-phase-DC converter has a fairly high efficiency and a low average value of the rectified voltage, which leads to high energy consumption of the motor.
Одна из проблем существующих электровозов с зонно-фазным регулированием заключается в снижении энергопотребления двигателя за счет повышения среднего значения выпрямленного напряжения.One of the problems of existing electric locomotives with zone-phase regulation is to reduce engine power consumption by increasing the average value of the rectified voltage.
Известен преобразователь однофазно-постоянного тока [Электровоз ЭП-1: Руководство по эксплуатации Новочеркаск.: Новочеркасский электровозостроительный завод, 2006, - 580 с.], основанный на принципе зонно-фазного регулирования.A known single-phase-DC converter [Electric locomotive EP-1: Operation manual Novocherkask .: Novocherkassk electric locomotive plant, 2006, - 580 S.], based on the principle of zone-phase regulation.
Преобразователь однофазно-постоянного тока содержит тяговый трансформатор, выпрямительно-инверторный преобразователь, нагрузку, состоящую из последовательно соединенных двигателя и индуктивного сопротивления.The single-phase DC converter contains a traction transformer, a rectifier-inverter converter, a load consisting of a series-connected motor and inductive resistance.
Тяговый трансформатор представляет собой одну первичную и три секции I, II, III вторичной обмотки.The traction transformer is one primary and three sections of I, II, III of the secondary winding.
Выпрямительно-инверторный преобразователь содержит восемь плеч, образующих мостовую схему, представленную четырьмя параллельно соединенными цепочками вентилей.The rectifier-inverter converter contains eight arms forming a bridge circuit represented by four parallel connected valve chains.
Каждая цепочка состоит из пары плеч, соединенных последовательно в общей точке. Каждое плечо выпрямительно-инверторного преобразователя представляет собой последовательно соединенные два тиристора.Each chain consists of a pair of shoulders connected in series at a common point. Each arm of the rectifier-inverter converter is a series-connected two thyristor.
Выводы каждой секции вторичной обмотки трансформатора подсоединены к соответствующим общим точкам последовательно соединенных плеч, которые являются входом ВИП. При этом секция I вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам первой и второй цепочки, секция II вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам второй и третьей цепочки, секция III вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам третьей и четвертой цепочки.The conclusions of each section of the secondary winding of the transformer are connected to the corresponding common points of the series-connected arms, which are the input of the VIP. In this case, section I of the secondary winding of the transformer is connected to the midpoints of the first and second chains, section II of the secondary winding of the transformer is connected to the midpoints of the second and third chains, section III of the secondary winding of the transformer is connected to the midpoints of the third and fourth chains.
Выпрямительно-инверторный преобразователь обеспечивает четыре зоны регулирования. При этом первая зона регулирования образована секцией II вторичной обмотки трансформатора, второй и третьей цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя. Вторая зона регулирования образована I и II секцией вторичной обмотки трансформатора и первой, второй, третьей цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя. Третья зона регулирования образована I, II и III секцией вторичной обмотки трансформатора и первой, второй, четвертой цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя.The rectifier-inverter converter provides four regulation zones. In this case, the first regulation zone is formed by section II of the secondary winding of the transformer, the second and third chains of the rectifier-inverter converter. The second regulation zone is formed by the I and II section of the secondary winding of the transformer and the first, second, third chains of the rectifier-inverter converter. The third regulation zone is formed by the I, II and III section of the secondary winding of the transformer and the first, second, fourth chains of the rectifier-inverter converter.
Последовательно соединенные индуктивное сопротивление и двигатель подключены параллельно к выпрямительно-инверторному преобразователю в точках соединения цепочек преобразователя.The inductance and the motor connected in series are connected in parallel to the rectifier-inverter converter at the connection points of the converter chains.
Для управления выпрямительно-инверторным преобразователем к управляющим входам тиристоров плеч выпрямительно-инверторного преобразователя подключен блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем.To control the rectifier-inverter converter, the control unit of the rectifier-inverter converter is connected to the control inputs of the thyristors of the arms of the rectifier-inverter converter.
Преобразователь однофазно-постоянного тока работает следующим образом.Converter single-phase DC operates as follows.
Трансформатор передает переменное напряжение вторичной обмотки необходимого уровня на вход выпрямительно-инверторного преобразователя.The transformer transmits the alternating voltage of the secondary winding of the required level to the input of the rectifier-inverter converter.
Подключение секций вторичной обмотки трансформатора осуществляется открытием соответствующих плеч выпрямительно-инверторного преобразователя в выпрямительном и инверторном режимах в соответствии алгоритмом работы блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя.The sections of the secondary winding of the transformer are connected by opening the corresponding arms of the rectifier-inverter converter in the rectifier and inverter modes in accordance with the algorithm of the control unit of the rectifier-inverter converter.
Блок управления выпрямительно-инверторного преобразователя в соответствии с заданным алгоритмом подает на тиристоры преобразователя управляющие импульсы.The control unit of the rectifier-inverter converter in accordance with the specified algorithm supplies the control pulses to the converter thyristors.
При обеспечении работы в выпрямительном и инверторном режимах используют четыре типа управляющих импульсов:To ensure operation in the rectifier and inverter modes, four types of control pulses are used:
1) нерегулируемые импульсы а, подаваемые в начале полупериода, фаза которых соответствует минимальному углу открытия тиристоров, равным α0=4,5 эл.град;1) unregulated pulses a, supplied at the beginning of the half-cycle, the phase of which corresponds to the minimum opening angle of the thyristors, equal to α 0 = 4.5 el.grad;
2) нерегулируемые импульсы α0з, подаваемые в начале полупериода, но задержанные по фазе для исключения неоткрытия плеч;2) unregulated pulses α 0з , supplied at the beginning of the half-cycle, but delayed in phase to exclude the non-opening of the shoulders;
3) регулируемые по фазе импульсы αрег, предназначенные для плавного подключения вторичной обмотки трансформатора;3) phase-regulated pulses α reg , designed for smooth connection of the secondary winding of the transformer;
4) импульсы β, подаваемые на тиристоры выпрямительно-инверторного преобразователя в режиме рекуперации.4) β pulses supplied to the thyristors of the rectifier-inverter converter in the recovery mode.
Под воздействием управляющих импульсов открываются тиристоры плеч выпрямительно-инверторного преобразователя. Для открытия тиристоров выпрямительно-инверторного преобразователя требуется некоторый уровень напряжения между его анодом и катодом. Поскольку управляющие импульсы α0 и α0з, подаются на тиристоры в начале полупериода, открытие тиристоров выпрямительно-инверторного преобразователя импульсами α0 и α0з, осуществляется с некоторой задержкой относительно начала полупериода сетевого напряжения, при котором достигается необходимый для их открытия уровень напряжения между анодом и катодом. В результате, на интервале от 0 до α0 выпрямленное напряжение имеет отрицательную полярность, что негативно влияет на среднее значение выпрямленного напряжения. Задержка открытия тиристоров в известном выпрямительно-инверторном преобразователе определяется углом α0=9 эл.град, который гарантирует открытие плеч выпрямительно-инверторного преобразователя.Under the influence of control pulses, the thyristors of the arms of the rectifier-inverter converter open. To open the thyristors of a rectifier-inverter converter, a certain voltage level is required between its anode and cathode. Since the control pulses α 0 and α 0 s are fed to the thyristors at the beginning of the half-cycle, the opening of the thyristors of the rectifier-inverter converter with pulses α 0 and α 0 s is carried out with some delay relative to the beginning of the half-cycle of the mains voltage, at which the voltage level between the anode necessary for their opening is reached and cathode. As a result, in the range from 0 to α 0, the rectified voltage has a negative polarity, which negatively affects the average value of the rectified voltage. The delayed opening of the thyristors in the known rectifier-inverter converter is determined by the angle α 0 = 9 el.grade, which guarantees the opening of the shoulders of the rectifier-inverter converter.
Открытие соответствующих плеч выпрямительно-инверторного преобразователя приводит к подключению секций I, II, III вторичной обмотки трансформатора в зависимости от зоны регулирования.The opening of the corresponding arms of the rectifier-inverter converter leads to the connection of sections I, II, III of the secondary winding of the transformer depending on the regulation zone.
Первая зона в режиме тяги.The first zone is in traction mode.
На первой зоне регулирования в работе находятся вторая и третья цепочки выпрямительно-инверторного преобразователя. В соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя на тиристоры этих цепочек подаются регулируемые по фазе импульсы αрег, нерегулируемые по фазе импульсы α0 и задержанные по фазе импульсы α0з. Причем импульсы αрег, регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения. После открытия тиристоров соответствующих плеч второй и третьей цепочек выпрямительно-инверторного преобразователя через соответствующие плечи преобразователя протекает ток. На выходе ВИП формируется выпрямленное напряжение секции 1 вторичной обмотки трансформатора, которое имеет на интервале от 0 до α0 отрицательную полярность, поступающее на двигатель электровоза. Наличие значений с отрицательной полярностью в форме выпрямленного напряжения на интервале времени от 0 до α0=9 эл.град снижает величину среднего значение выпрямленного напряжения.On the first regulation zone, the second and third chains of the rectifier-inverter converter are in operation. In accordance with the specified control algorithm of the control unit of the rectifier-inverter converter, phase-controlled pulses α reg , phase-uncontrolled pulses α 0 and phase-delayed pulses α 0з are supplied to the thyristors of these chains. Moreover, the pulses α reg are regulated in phase, which ensures a smooth connection of the secondary winding of the transformer and, accordingly, smooth voltage regulation. After the thyristors of the respective arms of the second and third circuits of the rectifier-inverter converter are opened, current flows through the corresponding arms of the converter. At the output of the VIP, a rectified voltage of
Вторая зона в режиме тяги.The second zone is in traction mode.
На второй зоне регулирования в работе находятся первая, вторая и третья цепочка выпрямительно-инверторного преобразователя. В соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя на тиристоры этих цепочек подаются такие же по значению, как на первой зоне регулирования, регулируемые по фазе импульсы αрег, нерегулируемые по фазе импульсы α0 и задержанные по фазе импульсы а0з,. На второй зоне регулирования импульсы αрег, также регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения. После открытия тиристоров соответствующих плеч первой, второй и третьей цепочек выпрямительно-инверторного преобразователя через соответствующие плечи преобразователя протекает ток. На выходе ВИП формируется выпрямленное напряжение секции I и II вторичной обмотки трансформатора, которое имеет на интервале от 0 до α0 отрицательную полярность, поступающее на двигатель электровоза. Среднее значение выпрямленного напряжения за счет значений с отрицательной полярностью в форме выпрямленного напряжения остается недостаточно высоким.On the second regulation zone, the first, second and third circuit of the rectifier-inverter converter are in operation. In accordance with the specified control algorithm of the control unit of the rectifier-inverter converter, the thyristors of these circuits are supplied with the same values as in the first regulation zone, phase-regulated pulses α reg , phase-unregulated pulses α 0 and phase-delayed pulses a 0з,. In the second regulation zone, α reg pulses are also phase-controlled, which ensures a smooth connection of the secondary winding of the transformer and, accordingly, smooth voltage regulation. After the thyristors are opened, the corresponding arms of the first, second and third circuits of the rectifier-inverter converter, current flows through the corresponding arms of the converter. At the output of the VIP, a rectified voltage of section I and II of the secondary winding of the transformer is formed, which has a negative polarity in the range from 0 to α 0 supplied to the electric locomotive engine. The average value of the rectified voltage due to values with negative polarity in the form of a rectified voltage remains insufficiently high.
Кроме того в режиме тяги на всех зонах регулирования индуктивное сопротивление в цепи нагрузки снижает уровень пульсаций выпрямленного тока, обусловленных пульсациями в сети, до приемлемой для работы двигателя величины.In addition, in the traction mode in all regulation zones, the inductive resistance in the load circuit reduces the level of rectified current ripples caused by ripples in the network to an acceptable value for the engine to operate.
Аналогично производится управление полупроводниковыми плечами выпрямительно-инверторного преобразователя на третьей и четвертой зонах регулирования.Similarly, the semiconductor arms of the rectifier-inverter converter are controlled in the third and fourth regulation zones.
Таким образом, на всех зонах регулирования среднее значение выпрямленного напряжения за счет значений с отрицательной полярностью в форме выпрямленного напряжения является недостаточно высоким.Thus, in all regulation zones, the average value of the rectified voltage due to values with negative polarity in the form of a rectified voltage is not high enough.
Достоинство известного устройства заключается в высоком значении коэффициента полезного действия электровоза, что обусловлено плавным регулированием напряжения, обеспечивающим высокие пусковые характеристики и полное использование максимальной силы тяги по сцеплению.The advantage of the known device lies in the high value of the efficiency of the electric locomotive, which is due to the smooth regulation of the voltage, providing high starting characteristics and full use of the maximum traction on the clutch.
Недостатком известного устройства является низкое значение коэффициента мощности преобразователя электровоза, обусловленное большим значением угла открытия тиристоров α0=9 эл. градусов. Только при α0=9 эл. градусов в известном устройстве обеспечивается гарантированное открытие тиристоров ВИП. Значение угла в α0=9 эл. градусов является значительным. Большое значение угла открытия тиристоров приводит к изменению направления тока в первичной обмотке трансформатора с большой задержкой относительно напряжения, измеряемой углом сдвига φ. Большой угол сдвига φ между питающим напряжением и первой гармоникой потребляемого тока приводит к снижению значения cos φ, соответственно, к снижению коэффициента мощности преобразователя электровоза км.A disadvantage of the known device is the low value of the power factor of the electric locomotive converter, due to the large value of the opening angle of the thyristors α 0 = 9 el. degrees. Only with α 0 = 9 el. degrees in the known device provides guaranteed opening of thyristors VIP. The value of the angle in α 0 = 9 e. degrees is significant. The large value of the opening angle of the thyristors leads to a change in the direction of the current in the primary winding of the transformer with a large delay relative to the voltage measured by the angle of shift φ. A large shear angle φ between the supply voltage and the first harmonic of the consumed current leads to a decrease in the value of cos φ, respectively, to a decrease in the power factor of the electric locomotive converter to m .
Другим недостатком известного устройства является высокое энергопотребления двигателя. Это обусловлено тем, что среднее значение выпрямленного напряжения на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя является недостаточно высоким за счет большого значения угла открытия тиристоров α0=9 эл. градусов. В течение длительного интервала времени от 0 до α0 выпрямленное напряжение имеет отрицательную полярность, что снижает среднее значение выпрямленного напряжения.Another disadvantage of the known device is the high power consumption of the engine. This is due to the fact that the average value of the rectified voltage at the output of the rectifier-inverter converter is not high enough due to the large value of the opening angle of the thyristors α 0 = 9 el. degrees. Over a long period of time from 0 to α 0, the rectified voltage has a negative polarity, which reduces the average value of the rectified voltage.
Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков является преобразователь однофазно-постоянного тока [Патент №236860, МПК Н02М 7/162. Преобразователь однофазно-постоянного тока // Кулинич Ю.М. Опубл. 20.09.2009. Бюл. №], основанный на принципе зонно-фазного регулирования.Closest to the claimed solution in terms of the essential features is a single-phase-DC converter [Patent No. 236860, IPC Н02М 7/162. Converter single-phase direct current // Kulinich Yu.M. Publ. 09/20/2009. Bull. No.] based on the principle of zone-phase regulation.
Преобразователь однофазно-постоянного тока содержит тяговый трансформатор, выпрямительно-инверторный преобразователь, нагрузку, состоящую из последовательно соединенных двигателя и индуктивного сопротивления.The single-phase DC converter contains a traction transformer, a rectifier-inverter converter, a load consisting of a series-connected motor and inductive resistance.
Тяговый трансформатор представляет собой одну первичную и три секции I, II, III вторичной обмотки.The traction transformer is one primary and three sections of I, II, III of the secondary winding.
Выпрямительно-инверторный преобразователь содержит восемь плеч, образующих мостовую схему, представленную четырьмя параллельно соединенными цепочками вентилей. Каждая цепочка состоит из пары плеч, соединенных последовательно в общей точке. Каждое плечо выпрямительно-инверторного преобразователя представляет собой последовательно соединенные тиристор и диод.The rectifier-inverter converter contains eight arms forming a bridge circuit represented by four parallel connected valve chains. Each chain consists of a pair of shoulders connected in series at a common point. Each arm of a rectifier-inverter converter is a thyristor and a diode connected in series.
Выводы каждой секции вторичной обмотки трансформатора подсоединены к соответствующим общим точкам последовательно соединенных плеч, которые являются входом выпрямительно-инверторного преобразователя. При этом секция I вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам первой и второй цепочки, секция II вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам второй и третьей цепочки, секция III вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам третьей и четвертой цепочки.The findings of each section of the secondary winding of the transformer are connected to the corresponding common points of the series-connected arms, which are the input of the rectifier-inverter converter. In this case, section I of the secondary winding of the transformer is connected to the midpoints of the first and second chains, section II of the secondary winding of the transformer is connected to the midpoints of the second and third chains, section III of the secondary winding of the transformer is connected to the midpoints of the third and fourth chains.
Выпрямительно-инверторный преобразователь обеспечивает четыре зоны регулирования. При этом первая зона регулирования образована секцией II вторичной обмотки трансформатора, второй и третьей цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя. Вторая зона регулирования образована I и II секцией вторичной обмотки трансформатора и первой, второй, третьей цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя. Третья зона регулирования образована II и III секцией вторичной обмотки трансформатора и второй, третьей и четвертой цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя. Четвертая зона регулирования образована I, II и III секцией вторичной обмотки трансформатора и первой, второй, четвертой цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя.The rectifier-inverter converter provides four regulation zones. In this case, the first regulation zone is formed by section II of the secondary winding of the transformer, the second and third chains of the rectifier-inverter converter. The second regulation zone is formed by the I and II section of the secondary winding of the transformer and the first, second, third chains of the rectifier-inverter converter. The third regulation zone is formed by the second and third sections of the secondary winding of the transformer and the second, third and fourth chains of the rectifier-inverter converter. The fourth regulation zone is formed by the I, II and III section of the secondary winding of the transformer and the first, second, fourth chains of the rectifier-inverter converter.
Для управления выпрямительно-инверторным преобразователем к управляющим входам тиристоров плеч выпрямительно-инверторного преобразователя подключен блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем.To control the rectifier-inverter converter, the control unit of the rectifier-inverter converter is connected to the control inputs of the thyristors of the arms of the rectifier-inverter converter.
Последовательно соединенные индуктивное сопротивление и двигатель (нагрузка) подключены параллельно к выпрямительно-инверторному преобразователю в точках соединения цепочек преобразователя.The inductance and the motor (load) connected in series are connected in parallel to the rectifier-inverter converter at the connection points of the converter chains.
Преобразователь однофазно-постоянного тока работает следующим образом.Converter single-phase DC operates as follows.
Тяговый трансформатор передает переменное напряжение вторичной обмотки необходимого уровня в зависимости от зоны регулирования на вход выпрямительно-инверторного преобразователя.The traction transformer transmits an alternating voltage of the secondary winding of the required level depending on the regulation zone to the input of the rectifier-inverter converter.
Одновременно с этим на тиристоры выпрямительно-инверторного преобразователя подаются управляющие импульсы с блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя в соответствии с заданным алгоритмом, обеспечивающие очередность открытия плеч выпрямительно-инверторного преобразователя в выпрямительном и инверторном режимах.At the same time, control pulses from the control unit of the rectifier-inverter converter are supplied to the thyristors of the rectifier-inverter converter in accordance with a predetermined algorithm, ensuring the sequence of opening the arms of the rectifier-inverter converter in the rectifier and inverter modes.
При обеспечении работы в выпрямительном и инверторном режимах блоком управления выпрямительно-инверторного преобразователя подаются четыре типа управляющих импульсов:When providing operation in the rectifier and inverter modes, the control unit of the rectifier-inverter converter provides four types of control pulses:
5) нерегулируемые импульсы α0, подаваемые в начале полупериода, фаза которых соответствует минимальному углу открытия тиристоров, равным α0=4,5 эл.град;5) unregulated pulses α 0 supplied at the beginning of the half-cycle, the phase of which corresponds to the minimum opening angle of the thyristors equal to α 0 = 4.5 el.grad;
6) нерегулируемые импульсы α0з, подаваемые в начале полупериода, но задержанные по фазе для исключения неоткрытия плеч;6) unregulated pulses α 0з , supplied at the beginning of the half-cycle, but delayed in phase to exclude the non-opening of the shoulders;
7) регулируемые по фазе импульсы αрег, предназначенные для плавного подключения вторичной обмотки трансформатора;7) phase-regulated pulses α reg , designed for smooth connection of the secondary winding of the transformer;
8) импульсы β, подаваемые на тиристоры выпрямительно-инверторного преобразователя в режиме рекуперации.8) pulses β supplied to the thyristors of the rectifier-inverter converter in the recovery mode.
Первая зона регулирования.The first regulation zone.
На первой зоне регулирования в работе находятся вторая и третья цепочки вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя.On the first regulation zone, the second and third valve circuits of the rectifier-inverter converter are in operation.
В первый полупериод сетевого напряжения на один тиристор третьей цепочки вентилей подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α0=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя.In the first half-period of the mains voltage, an alternating voltage of the second section II of the secondary winding of the traction transformer is supplied to one thyristor of the third valve chain, and unregulated pulses with a minimum opening angle of the thyristors α 0 = 4.5 el are applied to its control input. hail in accordance with a given control algorithm of the control unit of the rectifier-inverter converter.
На один тиристор подается все прямое напряжение вторичной обмотки трансформатора, напряжение между его анодом и катодом увеличивается, что позволяет открыть тиристор минимальным углом открытия тиристоров. При угле, равном α0=4,5 эл. град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора.All the direct voltage of the secondary winding of the transformer is supplied to one thyristor, the voltage between its anode and cathode increases, which allows the thyristor to be opened with the minimum opening angle of the thyristors. When the angle equal to α 0 = 4,5 el. hail, the voltage level between the anode and cathode is reached, which is necessary for opening the thyristor.
Одновременно с этим на один тиристор второй цепочки вентилей подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подается управляющий импульс αрег, причем импульсы αрег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения. Тиристоры второй и третьей цепочек переходят в проводящее состояние, что приводит к формированию на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя выпрямленного напряжения секции II вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α0, которое поступает на нагрузку. При этом среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α0=4,5 эл. градусов.At the same time, an alternating voltage of the second section II of the secondary winding of the traction transformer is supplied to one thyristor of the second valve chain, and the control pulse α reg is supplied to its control input, and the α reg pulses are phase-regulated, which ensures a smooth connection of the secondary winding of the transformer and, accordingly, stepless voltage regulation. The thyristors of the second and third circuits go into a conducting state, which leads to the formation of the rectified-inverter rectified voltage converter section II of the secondary winding of the transformer with negative polarity at the time interval from 0 to α 0 , which is supplied to the load. In this case, the average value of the rectified voltage depends on the voltage values with negative polarity in the time interval from 0 to α 0 = 4.5 el. degrees.
Во второй полупериод сетевого напряжения на другой тиристор плеча второй цепочки вентилей подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α0=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя. На один тиристор подается все прямое напряжение вторичной обмотки трансформатора, напряжение между его анодом и катодом увеличивается, что позволяет открыть тиристор минимальным углом открытия тиристоров. При угле, равном α0=4,5 эл. град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора.In the second half-period of the mains voltage, an alternating voltage of the second section II of the secondary winding of the transformer is supplied to another thyristor of the shoulder of the second valve chain, and unregulated pulses with a minimum opening angle of the thyristors α 0 = 4.5 e are fed to its control input. hail in accordance with a given control algorithm of the control unit of the rectifier-inverter converter. All the direct voltage of the secondary winding of the transformer is supplied to one thyristor, the voltage between its anode and cathode increases, which allows the thyristor to be opened with the minimum opening angle of the thyristors. When the angle equal to α 0 = 4,5 el. hail, the voltage level between the anode and cathode is reached, which is necessary for opening the thyristor.
Одновременно с этим на другой тиристор третьей цепочки вентилей подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки трансформатора, а на его управляющий вход подается регулируемый по фазе управляющий импульс αрег, причем импульсы αрег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения.At the same time, an alternating voltage of the second section II of the secondary winding of the transformer is supplied to another thyristor of the third chain of valves, and a phase-controlled control pulse α reg is supplied to its control input, and the pulses α reg are regulated in phase, which ensures a smooth connection of the secondary winding of the transformer and, accordingly, smooth voltage regulation.
Соответствующие тиристоры второй и третьей цепочек переходят в проводящее состояние, что приводит к формированию на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя выпрямленного напряжения секции II вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α0, которое поступает на нагрузку. При этом среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α0=4,5 эл. градусов.The corresponding thyristors of the second and third circuits go into a conducting state, which leads to the formation at the output of the rectifier-inverter converter of the rectified voltage of section II of the secondary winding of the transformer with negative polarity in the time interval from 0 to α 0 , which is supplied to the load. In this case, the average value of the rectified voltage depends on the voltage values with negative polarity in the time interval from 0 to α 0 = 4.5 el. degrees.
В результате, выпрямленное напряжение на интервале времени от 0 до α0 в каждом полупериоде имеет отрицательную полярность, определяемую значением угла 
Вторая зона регулирования.The second regulation zone.
На второй зоне регулирования в работе находятся первая, вторая и третья цепочки вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя.On the second regulation zone, the first, second and third valve circuits of the rectifier-inverter converter are in operation.
В первый полупериод сетевого напряжения на один тиристор третьей цепочки вентилей подается переменное напряжение первой 1 и второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α0=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя.In the first half-period of the mains voltage, an alternating voltage of the first 1 and second section II of the secondary winding of the traction transformer is supplied to one thyristor of the third valve chain, and unregulated pulses with a minimum opening angle of the thyristors α 0 = 4.5 el are applied to its control input. hail in accordance with a given control algorithm of the control unit of the rectifier-inverter converter.
На один тиристор подается все прямое напряжение вторичной обмотки трансформатора, напряжение между его анодом и катодом увеличивается, что позволяет открыть тиристор минимальным углом открытия тиристоров. При угле, равном α0=4,5 эл. град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора.All the direct voltage of the secondary winding of the transformer is supplied to one thyristor, the voltage between its anode and cathode increases, which allows the thyristor to be opened with the minimum opening angle of the thyristors. When the angle equal to α 0 = 4,5 el. hail, the voltage level between the anode and cathode is reached, which is necessary for opening the thyristor.
Одновременно с этим на один тиристор первой цепочки вентилей подается переменное напряжение первой I и второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подается управляющий импульс αрег, причем импульсы αрег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения.At the same time, an alternating voltage of the first I and second sections II of the secondary winding of the traction transformer is supplied to one thyristor of the first valve chain, and the control pulse α reg is supplied to its control input, and the pulses α reg are regulated in phase, which ensures a smooth connection of the secondary winding of the transformer and , accordingly, smooth voltage regulation.
Одновременно с этим один тиристор второй цепочки вентилей подается переменное напряжение первой I и второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подается управляющий импульс α0з Причем, открытие данного тиристора необходимо для гарантированного открытия тиристора первой цепочки вентилей.At the same time, one thyristor of the second valve chain is supplied with alternating voltage of the first I and second section II of the secondary winding of the traction transformer, and a control pulse α 0з is supplied to its control input.Moreover , the opening of this thyristor is necessary for guaranteed opening of the thyristor of the first valve chain.
Тиристоры первой и третьей цепочек переходят в проводящее состояние, что приводит к формированию на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя выпрямленного напряжения первой I и второй II секции вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α0, которое поступает на нагрузку. При этом среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α0=4,5 эл. градусов.The thyristors of the first and third circuits go into a conducting state, which leads to the formation of the rectified-inverter converter of the rectified voltage at the output of the first I and second II sections of the secondary winding of the transformer with negative polarity in the time interval from 0 to α 0 , which is supplied to the load. In this case, the average value of the rectified voltage depends on the voltage values with negative polarity in the time interval from 0 to α 0 = 4.5 el. degrees.
Во второй полупериод сетевого напряжения на другой тиристор плеча третьей цепочки вентилей подается переменное напряжение первой I и второй секции II вторичной обмотки трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α0=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя. На один тиристор подается все прямое напряжение вторичной обмотки трансформатора, напряжение между его анодом и катодом увеличивается, что позволяет открыть тиристор минимальным углом открытия тиристоров. При угле, равном α0=4,5 эл. Град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора.In the second half-period of the mains voltage, an alternating voltage of the first I and second sections II of the secondary winding of the transformer is supplied to another thyristor of the arm of the third valve chain, and unregulated pulses with a minimum opening angle of the thyristors α 0 = 4.5 e are fed to its control input. hail in accordance with a given control algorithm of the control unit of the rectifier-inverter converter. All the direct voltage of the secondary winding of the transformer is supplied to one thyristor, the voltage between its anode and cathode increases, which allows the thyristor to be opened with the minimum opening angle of the thyristors. When the angle equal to α 0 = 4,5 el. Grad, the voltage level between the anode and cathode is reached, which is necessary to open the thyristor.
Одновременно с этим на другой тиристор первой цепочки вентилей подается переменное напряжение первой I и второй секции II вторичной обмотки трансформатора, а на его управляющий вход подается регулируемый по фазе управляющий импульс αрег, причем импульсы αрег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения.At the same time, an alternating voltage of the first I and second sections II of the secondary winding of the transformer is supplied to another thyristor of the first valve chain, and a phase-controlled control pulse α reg is supplied to its control input, and the pulses α reg are regulated in phase, which ensures a smooth connection of the secondary winding transformer and, accordingly, stepless voltage regulation.
Одновременно с этим на другой тиристор второй цепочки вентилей подается переменное напряжение первой I и второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подается управляющий импульс α0з Причем, открытие данного тиристора необходимо для гарантированного открытия тиристора первой цепочки вентилей.At the same time, an alternating voltage of the first I and second sections II of the secondary winding of the traction transformer is supplied to another thyristor of the second valve chain, and a control pulse α 0з is supplied to its control input.Moreover , the opening of this thyristor is necessary for guaranteed opening of the thyristor of the first valve chain.
Соответствующие тиристоры второй и третьей цепочек переходят в проводящее состояние, что приводит к формированию на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя выпрямленного напряжения первой 1 и второй секции II вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α0, которое поступает на нагрузку. При этом среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α0=4,5 эл. град.The corresponding thyristors of the second and third circuits go into a conducting state, which leads to the formation at the output of the rectifier-inverter converter of the rectified voltage of the first 1 and second section II of the secondary winding of the transformer with negative polarity in the time interval from 0 to α 0 , which is supplied to the load. In this case, the average value of the rectified voltage depends on the voltage values with negative polarity in the time interval from 0 to α 0 = 4.5 el. hail.
В результате, выпрямленное напряжение на интервале времени от 0 до α0 в каждом полупериоде имеет отрицательную полярность, определяемую значением угла 
В выпрямленном напряжении имеются пульсации, обусловленные пульсациями в сети, причем индуктивное сопротивления в цепи нагрузки уменьшает уровень пульсаций выпрямленного тока до приемлемой для работы двигателя величины на протяжении всех зон регулирования напряжения.In the rectified voltage there are ripples caused by ripples in the network, and the inductive resistance in the load circuit reduces the level of ripples of the rectified current to an acceptable value for the motor to operate throughout all voltage regulation zones.
Аналогично производится управление полупроводниковыми плечами выпрямительно-инверторного преобразователя на третьей и четвертой зонах регулирования.Similarly, the semiconductor arms of the rectifier-inverter converter are controlled in the third and fourth regulation zones.
Использование известного устройства преобразователя однофазно-постоянного тока позволяет повысить значение коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя за счет уменьшения значения угла открытия тиристоров α0 до 4,5 эл. град, что является его достоинством.Using the known device of the single-phase-DC converter allows you to increase the value of the power factor of the rectifier-inverter converter by reducing the value of the thyristor opening angle α 0 to 4.5 el. hail, which is its virtue.
Это обусловлено тем, что уменьшение значения угла открытия тиристоров до α0=4,5 эл. град приводит к уменьшению фазового угла сдвига φ и, как следствие, к более раннему изменению направления тока в первичной обмотке трансформатора. Уменьшение фазового угла сдвига φ между питающим напряжением и первой гармоникой потребляемого тока приводит к увеличению cos φ и, соответственно, к повышению коэффициента мощности преобразователя электровоза км.This is due to the fact that a decrease in the opening angle of the thyristors to α 0 = 4.5 el. hail leads to a decrease in the phase angle of shift φ and, as a consequence, to an earlier change in the direction of the current in the primary winding of the transformer. A decrease in the phase angle of shift φ between the supply voltage and the first harmonic of the consumed current leads to an increase in cos φ and, accordingly, to an increase in the power factor of the electric locomotive converter to m .
Кроме этого, меньшее значение угла открытия тиристоров α0 позволяет уменьшить энергопотребление двигателя за счет повышения среднего значения выпрямленного напряжения путем уменьшение времени открытия тиристоров в каждом полупериоде выпрямленного напряжения с 9 до 4,5 эл. градусов.In addition, a smaller value of the opening angle of the thyristors α 0 allows to reduce the energy consumption of the motor by increasing the average value of the rectified voltage by reducing the opening time of the thyristors in each half-period of the rectified voltage from 9 to 4.5 el. degrees.
Однако энергопотребление двигателя остается достаточно высоким, что является недостатком известного устройства.However, the power consumption of the engine remains high enough, which is a disadvantage of the known device.
Это обусловлено тем, что среднее значения выпрямленного напряжения на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя остается низким за счет наличия в выпрямленном напряжении значений напряжения с отрицательной полярностью на протяжении времени от 0 до α0=4,5 эл. градусов.This is due to the fact that the average value of the rectified voltage at the output of the rectifier-inverter converter remains low due to the presence in the rectified voltage of voltage values with negative polarity over a period of time from 0 to α 0 = 4.5 el. degrees.
Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке преобразователя однофазно-постоянного тока, обеспечивающего снижение энергопотребления двигателя за счет повышения среднего значения выпрямленного напряжения на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя благодаря формированию в режиме тяги на каждой зоне регулирования нулевых значений выпрямленного напряжения на протяжении времени от 0 до α0.The problem solved by the invention is to develop a single-phase-DC converter, which reduces the power consumption of the motor by increasing the average value of the rectified voltage at the output of the rectifier-inverter converter due to the formation in the traction mode on each regulation zone of zero values of the rectified voltage over time from 0 to α 0 .
Для решения поставленной задачи в преобразователь однофазно-постоянного тока, содержащий тяговый трансформатор с тремя секциями вторичной обмотки, выпрямительно-инверторный преобразователь в виде мостовой схемы из параллельно соединенных, по крайней мере, четырех цепочек вентилей, блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем и нагрузку, состоящую из последовательно соединенных двигателя и индуктивного сопротивления, при этом каждая цепочка вентилей представляет собой пару плеч последовательно соединенных в общей точке, а каждое плечо - последовательно соединенные тиристор и диод, первая секция вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам первой и второй цепочки вентилей, вторая секция - к средним точкам второй и третьей цепочки вентилей, третья секция - к средним точкам третьей и четвертой цепочки вентилей, нагрузка подключена параллельно к выпрямительно-инверторному преобразователю в точках соединения цепочек вентилей, блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем подключен к управляющим входам тиристоров плеч выпрямительно-инверторного преобразователя, дополнительно введены нулевой тиристор и блок управления нулевым тиристором, содержащий датчик напряжения, выпрямитель, формирователь синхроимпульсов, генератор тактовых импульсов, компаратор, одновибратор, переключатель в режим тяги-рекуперации, элемент «И», имеющий четыре входа, при этом вход датчика напряжения является входом блока управления нулевым тиристором, а выход элемента «И» - его выходом, выход датчика напряжения подключен к входу выпрямителя и входу формирователя синхроимпульсов, выход выпрямителя подключен к входу компаратора, выход формирователя синхроимпульсов подключен к входу одновибратора, а выходы генератора тактовых импульсов, компаратора, одновибратора, переключателя в режим тяги-рекуперации подключены к соответствующим входам элемента «И», нулевой тиристор подключен параллельно нагрузке, вход блока управления нулевым тиристором соединен с первой секцией вторичной обмотки трансформатора, а его выход подключен к управляющему входу нулевого тиристора.To solve the problem, a single-phase-DC converter containing a traction transformer with three sections of the secondary winding, a rectifier-inverter converter in the form of a bridge circuit of at least four valve chains connected in parallel, a control unit for the rectifier-inverter converter and a load consisting of from a series-connected motor and inductive resistance, while each chain of valves is a pair of shoulders connected in series in common a cell, and each arm is connected in series with a thyristor and a diode, the first section of the secondary winding of the transformer is connected to the midpoints of the first and second valve chains, the second section to the midpoints of the second and third valve chains, the third section to the midpoints of the third and fourth valve chains , the load is connected in parallel to the rectifier-inverter converter at the points of connection of the valve chains, the control unit of the rectifier-inverter converter is connected to the control inputs of the thyristors an inverting-inverter converter, an additional zero thyristor and a zero thyristor control unit are introduced, containing a voltage sensor, a rectifier, a clock driver, a clock pulse generator, a comparator, a one-shot, a switch to the draft-recovery mode, an “I” element having four inputs, the input of the voltage sensor is the input of the control unit zero thyristor, and the output of the element "And" is its output, the output of the voltage sensor is connected to the input of the rectifier and the input of the driver of the clock pulses, the output of the rectifier is connected to the input of the comparator, the output of the generator of clock pulses is connected to the input of the one-shot, and the outputs of the clock, comparator, one-shot, switch to the traction-recovery mode are connected to the corresponding inputs of the element "And", the zero thyristor is connected in parallel to the load, the input of the control unit is zero the thyristor is connected to the first section of the secondary winding of the transformer, and its output is connected to the control input of the zero thyristor.
Заявляемое решение отличается от прототипа наличием новых элементов в устройстве: нулевого тиристора и блока управления нулевым тиристором и новыми взаимосвязями между элементами устройства. Наличие существенных отличительных признаков в совокупности существенных признаков, характеризующих устройство, свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «новизна».The claimed solution differs from the prototype in the presence of new elements in the device: a zero thyristor and a control unit zero thyristor and new relationships between the elements of the device. The presence of significant distinguishing features in the aggregate of essential features characterizing the device, indicates the compliance of the proposed solutions to the patentability criterion of the invention of "novelty."
Введение в преобразователь однофазно-постоянного тока нулевого тиристора и блока управления нулевым тиристором, содержащего соединенные определенным образом датчик напряжения, выпрямитель, формирователь синхроимпульсов, генератор тактовых импульсов, компаратор, одновибратор, переключатель в режим тяги-рекуперации, элемент «И», подключение нулевого тиристора параллельно нагрузке, соединение входа блока управления нулевым тиристором с первой секцией вторичной обмотки трансформатора, а его выхода с к управляющим входом нулевого тиристора приводит к снижению энергопотребления двигателя за счет повышения среднего значения выпрямленного напряжения на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя благодаря формированию выпрямленного напряжения с нулевым значением на протяжении времени от 0 до α0.Introduction to a single-phase-DC current converter of a zero thyristor and a zero thyristor control unit containing a voltage sensor connected in a certain way, a rectifier, a clock pulse generator, a clock pulse generator, a comparator, a single vibrator, a switch to the draft recovery mode, an “I” element, connecting a zero thyristor parallel to the load, connecting the input of the control unit to the zero thyristor with the first section of the secondary winding of the transformer, and its output to the control input of the zero thyristor The stator leads to a decrease in the power consumption of the motor by increasing the average value of the rectified voltage at the output of the rectifier-inverter converter due to the formation of the rectified voltage with a zero value over a period of time from 0 to α 0 .
Это обусловлено тем, что при открытии нулевого тиристора на протяжении времени от 0 до α0 ток с выпрямительно-инверторного преобразователя на каждой зоне в каждом полупериоде замыкается через нулевой тиристор, минуя нагрузку, что приводит к наличию в выпрямленном напряжении на всех зонах регулирования значений напряжения только с положительной полярностью, и, как следствие, к повышению среднего значения выпрямленного напряжения и к снижению энергопотребления двигателя в режиме тяги.This is due to the fact that when the zero thyristor is opened over a period of time from 0 to α 0, the current from the rectifier-inverter converter in each zone in each half-cycle closes through the zero thyristor, bypassing the load, which leads to the presence of voltage values in the rectified voltage at all voltage regulation zones only with positive polarity, and, as a result, to increase the average value of the rectified voltage and to reduce the energy consumption of the engine in traction mode.
Причинно-следственная связь «Введение в преобразователь однофазно-постоянного тока нулевого тиристора и блока управления нулевым тиристором, содержащего соединенные определенным образом датчик напряжения, выпрямитель, формирователь синхроимпульсов, генератор тактовых импульсов, компаратор, одновибратор, переключатель в режим тяги-рекуперации, элемент «И», подключение нулевого тиристора параллельно нагрузке, соединение входа блока управления нулевым тиристором с первой секцией вторичной обмотки трансформатора, а его выхода с к управляющим входом нулевого тиристора приводит к снижению энергопотребления двигателя за счет повышения среднего значения выпрямленного напряжения на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя благодаря формированию выпрямленного напряжения с нулевым значением на протяжении времени от 0 до α0» не обнаружена в известном уровне техники и явным образом не следует из него, что свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».Causal relationship “Introduction to a single-phase constant current converter of a zero thyristor and a zero thyristor control unit containing a voltage sensor connected in a certain way, a rectifier, a clock driver, a clock generator, a comparator, a one-shot, a switch to the traction-recovery mode, the element“ AND ", Connecting the zero thyristor parallel to the load, connecting the input of the control unit of the zero thyristor to the first section of the secondary winding of the transformer, and its output to by the input of the zero thyristor leads to a decrease in the motor energy consumption due to an increase in the average value of the rectified voltage at the output of the rectifier-inverter converter due to the formation of a rectified voltage with a zero value over a period of time from 0 to α 0 "is not found in the prior art and does not explicitly follow from him, which indicates the compliance of the proposed solutions to the patentability criterion of the invention "inventive step".
На фигуре 1 представлена схема преобразователя однофазно-постоянного тока, необходимая для понимания сущности и работоспособности изобретения и подтверждающая промышленную применимость заявляемого устройства.The figure 1 presents a diagram of a single-phase-DC converter, necessary for understanding the essence and efficiency of the invention and confirming the industrial applicability of the claimed device.
На фигуре 2 представлены графики зависимости напряжения от времени на элементах блока управления нулевым тиристором 7.The figure 2 presents graphs of the voltage versus time on the elements of the control unit zero thyristor 7.
Преобразователь однофазно-постоянного тока содержит тяговый трансформатор 1, выпрямительно-инверторный преобразователь 2, нагрузку 3, состоящую из последовательно соединенных двигателя 4 и индуктивного сопротивления 5, нулевого тиристора 6 и блока управления нулевым тиристором 7.The single-phase direct current converter contains a
Тяговый трансформатор представляет собой одну первичную обмотку (на фиг. не показана) и три секции I, II, III вторичной обмотки.The traction transformer is one primary winding (not shown in Fig.) And three sections I, II, III of the secondary winding.
Выпрямительно-инверторный преобразователь 2 содержит восемь плеч 8-15, образующих мостовую схему, представленную четырьмя параллельно соединенными цепочками вентилей 16-19. Каждая цепочка 16-19 представляет собой пару плеч, соответственно 8-9, 10-11, 12-13, 14-15, соединенных последовательно в общих точках.Rectifier-inverter Converter 2 contains eight arms 8-15, forming a bridge circuit, represented by four parallel-connected chains of valves 16-19. Each chain 16-19 is a pair of shoulders, respectively 8-9, 10-11, 12-13, 14-15, connected in series at common points.
Каждое плечо 8-15 выпрямительно-инверторного преобразователя представляет собой последовательно соединенные тиристор 20 и диод 21.Each arm 8-15 of the rectifier-inverter converter is a series-connected thyristor 20 and a diode 21.
Выводы каждой секции вторичной обмотки трансформатора I, II, III подсоединены к цепочкам вентилей 16-19 в точках последовательного соединения двух соответствующих плеч 8-9, 10-11, 12-13, 14-15 выпрямительно-инверторного преобразователя 2. Точки соединения выводов вторичной обмотки трансформатора и выпрямительно-инверторного преобразователя 2 являются входом последнего. При этом секция I вторичной обмотки трансформатора подключена к первой 16 и второй 17 цепочке вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2 в общих точках соединения плеч 8, 9 и 10, 11 соответственно.The conclusions of each section of the secondary winding of the transformer I, II, III are connected to the valve chains 16-19 at the points of the serial connection of the two corresponding arms 8-9, 10-11, 12-13, 14-15 of the rectifier-inverter converter 2. Connection points of the terminals of the secondary the windings of the transformer and the rectifier-inverter converter 2 are the input of the latter. In this case, section I of the secondary winding of the transformer is connected to the first 16 and second 17 valve circuits of the rectifier-inverter converter 2 at common points of connection of the arms 8, 9 and 10, 11, respectively.
Секция II вторичной обмотки трансформатора подключена к второй 17 и третьей 18 цепочке вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2 в общих точках соединения плеч 10,11 и 12,13 соответственно.Section II of the secondary winding of the transformer is connected to the second 17 and third 18 chain of valves of the rectifier-inverter Converter 2 at the common points of the connection of the shoulders 10,11 and 12,13, respectively.
Секция III вторичной обмотки трансформатора подключена к третьей 18 и четвертой 19 цепочке вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2 в общих точках соединения плеч 12, 13 и 14, 15 соответственно.Section III of the secondary winding of the transformer is connected to the third 18 and fourth 19 chain of valves of the rectifier-inverter converter 2 at common points of connection of the arms 12, 13 and 14, 15, respectively.
Выпрямительно-инверторный преобразователь 2 обеспечивает четыре зоны регулирования. При этом первая зона регулирования образована секцией II вторичной обмотки трансформатора, второй 17 и третьей 18 цепочками вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2. Вторая зона регулирования образована I и II секцией вторичной обмотки трансформатора и первой 16, второй 17, третьей 18 цепочками вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2. Третья зона регулирования образована II и III секцией вторичной обмотки трансформатора и второй 17, третьей 18 и четвертой 19 цепочками вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2. Четвертая зона регулирования образована I, II и III секцией вторичной обмотки трансформатора и первой 16, третьей 18 и четвертой 19 цепочками вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2.Rectifier-inverter Converter 2 provides four regulation zones. In this case, the first regulation zone is formed by section II of the secondary winding of the transformer, the second 17 and third 18 valve chains of the rectifier-inverter converter 2. The second regulation zone is formed by I and II section of the secondary winding of the transformer and the first 16, second 17, third 18 chains of valves of the rectifier-inverter converter 2. The third regulation zone is formed by the second and third sections of the secondary winding of the transformer and the second 17, third 18 and fourth 19 valve chains of the rectifier-inverter converter 2. The fourth regulation zone is formed by the I, II and III section of the secondary winding of the transformer and the first 16, third 18 and fourth 19 valve chains of the rectifier-inverter converter 2.
Для управления выпрямительно-инверторным преобразователем 2 к управляющим входам тиристоров 21 плеч 8-15 выпрямительно-инверторного преобразователя 2 подключен блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем (на фиг. не показан).To control the rectifier-inverter converter 2, the control unit of the rectifier-inverter converter (not shown) is connected to the control inputs of the thyristors 21 of the arms 8-15 of the rectifier-inverter converter 2.
Нагрузка 3 подключена параллельно к выпрямительно-инверторному преобразователю 2 в точках соединения цепочек вентилей 16-19.The load 3 is connected in parallel to the rectifier-inverter converter 2 at the points of connection of the valve chains 16-19.
Нулевой тиристор 6 подключен к выпрямительно-инверторному преобразователю 2 параллельно нагрузке 3 в точках соединения цепочек вентилей 16-19 выпрямительно-инверторного преобразователя 2.Zero thyristor 6 is connected to the rectifier-inverter converter 2 in parallel with the load 3 at the points of connection of the valve chains 16-19 of the rectifier-inverter converter 2.
Для управления нулевым тиристором 6 к его управляющему входу подключен блок управления нулевым тиристором 7, который в соответствии с алгоритмом работы определяет время работы нулевого тиристора 6 в выпрямительном и инверторном режимах.To control the zero thyristor 6, a control unit of the zero thyristor 7 is connected to its control input, which, in accordance with the operation algorithm, determines the operating time of the zero thyristor 6 in the rectifier and inverter modes.
Блок управления нулевым тиристором 7 содержит датчик напряжения 22, выпрямитель 23, формирователь синхроимпульсов 24, генератор тактовых импульсов 25, компаратор 26, одновибратор 27, переключатель в режим тяги-рекуперации 28, элемент «И» 29, имеющий четыре входа.The control unit zero thyristor 7 contains a voltage sensor 22, a rectifier 23, a clock driver 24, a clock 25, a comparator 26, a single vibrator 27, a switch to the traction-recovery mode 28, the element "And" 29, with four inputs.
Вход датчика напряжения 22 является входом блока управления нулевым тиристором 7, а выход элемента «И» 29 является выходом блока управления нулевым тиристором 7.The input of the voltage sensor 22 is the input of the control unit zero thyristor 7, and the output of the element "And" 29 is the output of the control unit zero thyristor 7.
Выход датчика напряжения 22 подключен к входу выпрямителя 23 и входу формирователя синхроимпульсов 24.The output of the voltage sensor 22 is connected to the input of the rectifier 23 and the input of the driver of the clock 24.
Выход выпрямителя 23 подключен к входу компаратора 26. Выход формирователя синхроимпульсов 24 подключен к входу одновибратора 27. Выходы генератора тактовых импульсов 25, компаратора 26, одновибратора 27, переключателя в режим тяги-рекуперации 28 подключены к соответствующим входам элемента «И» 29.The output of the rectifier 23 is connected to the input of the comparator 26. The output of the driver of the clock 24 is connected to the input of the single-shot 27. The outputs of the clock 25, the comparator 26, the single-shot 27, the switch to the traction-recovery mode 28 are connected to the corresponding inputs of the element "And" 29.
Вход блока управления нулевым тиристором 7 подключен к первой секции 1 вторичной обмотки трансформатора 1, а его выход подключен к управляющему входу нулевого тиристора 6.The input of the control unit of the zero thyristor 7 is connected to the
Преобразователь однофазно-постоянного тока в режиме тяги работает следующим образом.Converter single-phase direct current in traction mode is as follows.
Тяговый трансформатор 1 передает переменное напряжение секций I, II, III вторичной обмотки необходимого уровня в зависимости от зоны регулирования на вход выпрямительно-инверторного преобразователя 2, а переменное напряжение первой секции I вторичной обмотки тягового трансформатора всегда подается на датчик напряжения 22 блока управления нулевым тиристором 7.
Одновременно с этим на тиристоры 21 выпрямительно-инверторного преобразователя 2 подаются управляющие импульсы с блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя (на фиг. не показан) в соответствии с заданным алгоритмом, обеспечивающие очередность открытия плеч выпрямительно-инверторного преобразователя 2 в выпрямительном и инверторном режимах.At the same time, control pulses from the control unit of the rectifier-inverter converter (not shown) are supplied to the thyristors 21 of the rectifier-inverter converter 2 (in Fig.) In accordance with a predetermined algorithm, ensuring the sequence of opening the arms of the rectifier-inverter converter 2 in the rectifier and inverter modes.
При обеспечении работы в выпрямительном и инверторном режимах блоком управления выпрямительно-инверторного преобразователя подаются четыре типа управляющих импульсов:When providing operation in the rectifier and inverter modes, the control unit of the rectifier-inverter converter provides four types of control pulses:
1) нерегулируемые импульсы α0, подаваемые в начале полупериода, фаза которых соответствует минимальному углу открытия тиристоров, равным α0=4,5 эл.град;1) unregulated pulses α 0 supplied at the beginning of the half-cycle, the phase of which corresponds to the minimum opening angle of the thyristors equal to α 0 = 4.5 el.grad;
2) нерегулируемые импульсы α0з, подаваемые в начале полупериода, но задержанные по фазе для исключения неоткрытия плеч;2) unregulated pulses α 0з , supplied at the beginning of the half-cycle, but delayed in phase to exclude the non-opening of the shoulders;
3) негулируемые по фазе импульсы αрег, предназначенные для плавного подключения вторичной обмотки трансформатора;3) non-phase-controlled α reg pulses intended for smooth connection of the secondary winding of the transformer;
4) импульсы β, подаваемые на тиристоры выпрямительно-инверторного преобразователя 2 в режиме рекуперации.4) pulses β supplied to the thyristors of the rectifier-inverter converter 2 in the recovery mode.
Первая зона регулирования.The first regulation zone.
На первой зоне регулирования в работе находятся вторая 17 и третья 18 цепочки вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2.On the first regulation zone, the second 17 and third 18 valve chains of the rectifier-inverter converter 2 are in operation.
В первый полупериод сетевого напряжения на тиристор 20 плеча 12 цепочки вентилей 18 подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α0=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя 2. При угле, равном α0=4,5 эл. град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора 20.In the first half-period of the mains voltage, the thyristor 20 of the arm 12 of the valve chain 18 is supplied with an alternating voltage of the second section II of the secondary winding of the traction transformer, and unregulated pulses with a minimum opening angle of the thyristors α 0 = 4.5 e are fed to its control input. hail in accordance with a given control algorithm of the control unit of the rectifier-inverter converter 2. At an angle equal to α 0 = 4.5 el. hail, the voltage level between the anode and cathode is reached, which is necessary for opening the thyristor 20.
Одновременно с этим на тиристор 20 плеча 11 цепочки вентилей 17 подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора и на его управляющий вход подается управляющий импульс αрег, причем импульсы αрег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения.At the same time, an alternating voltage of the second section II of the secondary winding of the traction transformer is supplied to the thyristor 20 of the arm 11 of the valve chain 17 and a control pulse α reg is supplied to its control input, and the pulses α reg are regulated in phase, which ensures a smooth connection of the secondary winding of the transformer and, accordingly , smooth voltage regulation.
Тиристор 20 плеча 12 цепочки вентилей 18 под воздействием управляющих импульсов α0 и прямого напряжения с второй секции II вторичной обмотки трансформатора переходит в проводящее состояние, а тиристор 20 плеча 11 цепочки вентилей 17 под воздействием управляющих импульсов αрег, и прямого напряжения с второй секции II вторичной обмотки трансформатора плавно подключает вторую секцию II вторичной обмотки трансформатора.The thyristor 20 of the arm 12 of the valve chain 18 under the influence of control pulses α 0 and direct voltage from the second section II of the secondary winding of the transformer goes into the conducting state, and the thyristor 20 of the arm 11 of the arm 11 of the chain of valves 17 under the influence of control pulses α reg and forward voltage from the second section II the secondary winding of the transformer smoothly connects the second section II of the secondary winding of the transformer.
После открытия тиристоров 20 соответствующих плеч 11, 12 второй 17 и третьей 18 цепочек вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2 на его выходе формируется выпрямленное напряжение секции II вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α0, которое поступает на нагрузку 3 и нулевой тиристор 6.After the thyristors 20 of the corresponding arms 11, 12 of the second 17 and the third 18 valve chains of the rectifier-inverter converter 2 are opened, the rectified voltage of section II of the secondary winding of the transformer with negative polarity is generated at its output in the time interval from 0 to α 0 , which goes to load 3 and thyristor zero 6.
Среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α0=4,5 эл. градусов.The average value of the rectified voltage depends on the voltage values with negative polarity in the time interval from 0 to α 0 = 4.5 el. degrees.
Во второй полупериод сетевого напряжения на первой зоне регулирования на тиристор 20 плеча 10 цепочки вентилей 17 подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α0=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя 2. При угле, равном α0=4,5 эл. Град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора 20.In the second half-cycle of the mains voltage in the first regulation zone, the thyristor 20 of the arm 10 of the valve chain 17 is supplied with alternating voltage of the second section II of the secondary winding of the traction transformer, and unregulated pulses with a minimum opening angle of the thyristors α 0 = 4.5 e are supplied to its control input. hail in accordance with a given control algorithm of the control unit of the rectifier-inverter converter 2. At an angle equal to α 0 = 4.5 el. Grad, the voltage level between the anode and cathode is reached, which is necessary to open the thyristor 20.
Одновременно с этим на тиристор 20 плеча 13 цепочки вентилей 18 подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, , а на его управляющий вход подаются регулируемый по фазе управляющий импульс αрег, причем импульсы αрег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения.At the same time, an alternating voltage of the second section II of the secondary winding of the traction transformer is supplied to the thyristor 20 of the arm 13 of the valve chain 18, and a phase-controlled control pulse α reg is supplied to its control input, and the α reg pulses are regulated in phase, which ensures a smooth connection of the secondary transformer windings and, accordingly, stepless voltage regulation.
Тиристор 20 плеча 10 цепочки вентилей 17 под воздействием управляющих импульсов α0 и прямого напряжения с второй секции II вторичной обмотки трансформатора переходит в проводящее состояние, а тиристор 20 плеча 13 цепочки вентилей 18 под воздействием управляющих импульсов αрег и прямого напряжения с второй секции II вторичной обмотки трансформатора плавно подключает вторую секцию II вторичной обмотки трансформатора.The thyristor 20 of the arm 10 of the valve chain 17 under the influence of control pulses α 0 and direct voltage from the second section II of the secondary winding of the transformer goes into a conducting state, and the thyristor 20 of the arm 13 of the arm 13 of the chain of valves 18 under the influence of control pulses α reg and forward voltage from the second section II of the secondary transformer windings smoothly connects the second section II of the secondary winding of the transformer.
После открытия тиристоров 20 соответствующих плеч 10, 13 второй 17 и третьей 18 цепочек вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2 на его выходе формируется выпрямленное напряжение секции II вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α0, которое поступает на нагрузку 3 и нулевой тиристор 6.After the thyristors 20 of the corresponding arms 10, 13 of the second 17 and the third 18 valve chains of the rectifier-inverter converter 2 are opened, a rectified voltage of section II of the secondary winding of the transformer with negative polarity is generated at its output in the time interval from 0 to α 0 , which goes to load 3 and thyristor zero 6.
Среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α0=4,5 эл. град.The average value of the rectified voltage depends on the voltage values with negative polarity in the time interval from 0 to α 0 = 4.5 el. hail.
Кроме того, в начале каждого полупериода сетевого напряжения только на интервалах времени от 0 до α0 на управляющий вход нулевого тиристора 6 блоком управления нулевым тиристором 7 подаются управляющие импульсы. На интервалах от α0 до 0 в каждом полупериоде сетевого напряжения подача управляющих импульсов на управляющий вход нулевого тиристора 6 отсутствует.In addition, at the beginning of each half-cycle of the mains voltage, only at time intervals from 0 to α 0, control pulses are supplied to the control input of the zero thyristor 6 by the control unit of the zero thyristor 7. In the intervals from α 0 to 0 in each half-cycle of the mains voltage, the supply of control pulses to the control input of the zero thyristor 6 is absent.
Нулевой тиристор 6 переходит в проводящее состояние при подаче на него прямого напряжения с выхода выпрямительно-инверторного преобразователя 2 и подаче на его управляющий вход управляющих импульсов с выхода блока управления нулевым тиристором 7.Zero thyristor 6 goes into a conducting state when a direct voltage is applied to it from the output of the rectifier-inverter converter 2 and a control pulse is applied to its control input from the output of the zero thyristor control unit 7.
При отсутствии хотя бы одного из условий нулевой тиристор 6 находится в закрытом состоянии.In the absence of at least one of the conditions, the zero thyristor 6 is in the closed state.
Блок управления нулевым тиристором 7, определяющий время работы нулевого тиристора 6, работает следующим образом.The control unit of the zero thyristor 7, which determines the operating time of the zero thyristor 6, operates as follows.
Одновременно с подачей переменного напряжения со второй II секции вторичной обмотки трансформатора на вход выпрямительно-инверторного преобразователя 2 на вход блока управления нулевым тиристором 7 подается переменное напряжение с первой I секции вторичной обмотки трансформатора (фиг.2а).Simultaneously with the supply of alternating voltage from the second II section of the secondary winding of the transformer to the input of the rectifier-inverter converter 2, an alternating voltage is supplied to the input of the control unit zero thyristor 7 from the first I section of the secondary winding of the transformer (figa).
Напряжение с датчика напряжения 22 поступает на выпрямитель 23 и формирователь синхроимпульсов 24. Выпрямитель формирует выпрямленное напряжение в форме положительных полуволн в каждом полупериоде (фиг.2б). Далее это напряжение поступает на компаратор 26, на выходе которого формируется выпрямленное напряжение в форме прямоугольных участков, длина которых определяется напряжением компаратора 26 (фиг.2в), которое в свою очередь подается на второй вход элемента «И» 29.The voltage from the voltage sensor 22 is supplied to the rectifier 23 and the shaper of the clock pulses 24. The rectifier generates a rectified voltage in the form of positive half-waves in each half-cycle (Fig.2B). Further, this voltage is supplied to the comparator 26, at the output of which a rectified voltage is formed in the form of rectangular sections, the length of which is determined by the voltage of the comparator 26 (Fig.2c), which in turn is fed to the second input of the element "And" 29.
Формирователь синхроимпульсов 24 формирует напряжение в каждый из положительных полупериодов переменного напряжения в форме прямоугольных импульсов (фиг.2г). Напряжение в форме прямоугольных импульсов поступает на одновибратор 27. На выходе одновибратора 27 формируются напряжение в форме прямоугольных участков с продолжительностью от 0 до α0 (фиг.2д), которое подается на третий вход элемента «И» 29.Shaper pulses 24 generates a voltage in each of the positive half-periods of the alternating voltage in the form of rectangular pulses (Fig.2g). The voltage in the form of rectangular pulses is supplied to the single-shot 27. At the output of the single-shot 27, voltage is formed in the form of rectangular sections with a duration of 0 to α 0 (Fig.2d), which is fed to the third input of the element "And" 29.
Генератор тактовых импульсов 25 формирует тактовые импульсы (фиг.2е), необходимые для открытия нулевого тиристора 6, которые подаются на первый вход элемента «И» 29.The clock generator 25 generates clock pulses (Fig.2E), necessary to open the zero thyristor 6, which are fed to the first input of the element "And" 29.
Переключатель в режим тяги-рекуперации 28 формирует некоторый уровень напряжения только в режиме тяги, которое подается на четвертый вход элемента «И» 29, и снимает напряжения в режиме рекуперации.The switch to the traction-recovery mode 28 generates a certain voltage level only in the traction mode, which is supplied to the fourth input of the "And" element 29, and relieves voltage in the recovery mode.
На выходе переключателя в режим тяги-рекуперации 28 возможно два состояния: наличие напряжения в режиме тяги, которое подается на первый вход элемента «И» 29, и его отсутствие в режиме рекуперации.At the output of the switch to the thrust-recovery mode 28, two states are possible: the presence of voltage in the thrust mode, which is supplied to the first input of the And element 29, and its absence in the recovery mode.
Элемент «И» 29 при поступлении на все его входы 1, 2, 3, 4 напряжения с выходов генератора тактовых импульсов 25, компаратора 26, одновибратора 27 и переключателя в режим тяги-рекуперации 28 формирует управляющие импульсы в начале каждого полупериода сетевого напряжения на интервале времени от 0 до 
При наличии прямого напряжения с выхода выпрямительно-инверторного преобразователя 2 на нулевом тиристоре 6 и наличии управляющих импульсов с блока управления 7 на управляющем входе нулевого тиристора 6 он открывается и находится в проводящем состояние в начале каждого полупериода сетевого напряжения на интервале времени от 0 до α0.In the presence of direct voltage from the output of the rectifier-inverter converter 2 at the zero thyristor 6 and the presence of control pulses from the control unit 7 at the control input of the zero thyristor 6, it opens and is in a conductive state at the beginning of each half-cycle of the mains voltage in the time interval from 0 to α 0 .
В результате, в начале каждого полупериода сетевого напряжения на интервале от 0 до α0 ток с выпрямительно-инверторного преобразователя 2 замыкается через нулевой тиристор 6, минуя нагрузку 3, а выпрямленное напряжение на двигателе 26 определяется падением напряжения на нулевом тиристоре 6.As a result, at the beginning of each half-cycle of the mains voltage in the range from 0 to α 0, the current from the rectifier-inverter converter 2 closes through the zero thyristor 6, bypassing the load 3, and the rectified voltage on the motor 26 is determined by the voltage drop on the zero thyristor 6.
Таким образом, нулевой тиристор 6 находится в проводящем состоянии в режиме тяги на интервале времени 0 до α0 в каждый из полупериодов сетевого напряжения. При этом значение напряжения на нулевом тиристоре 6 на этом интервале близко к нулю, что приводит к отсутствию в выпрямленном напряжения значений напряжения с отрицательной полярностью. Наличие в выпрямленном напряжении на первой зоне регулирования значений только с положительной полярностью напряжения увеличивает среднее значение выпрямленного напряжения, что приводит к снижению энергопотребление двигателя 4.Thus, the zero thyristor 6 is in a conducting state in the traction mode on a time interval of 0 to α 0 in each of the half-periods of the mains voltage. Moreover, the voltage value at the zero thyristor 6 in this interval is close to zero, which leads to the absence of voltage values with negative polarity in the rectified voltage. The presence in the rectified voltage in the first regulation zone of values with only positive polarity of the voltage increases the average value of the rectified voltage, which leads to lower power consumption of the motor 4.
Вторая зона регулирования.The second regulation zone.
На второй зоне регулирования в работе находятся первая 16 вторая 17 и третья 18 цепочки вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2.In the second regulation zone, the first 16 second 17 and third 18 valve chains of the rectifier-inverter converter 2 are in operation.
В первый полупериод сетевого напряжения на тиристор 20 плеча 12 цепочки вентилей 18 подается переменное напряжение первой I и второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α0=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя 2. При угле, равном α0=4,5 эл. Град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора 20.In the first half-period of the mains voltage, the thyristor 20 of the arm 12 of the valve chain 18 is supplied with alternating voltage of the first I and second sections II of the secondary winding of the traction transformer, and unregulated pulses with a minimum opening angle of the thyristors α 0 = 4.5 e are fed to its control input. hail in accordance with a given control algorithm of the control unit of the rectifier-inverter converter 2. At an angle equal to α 0 = 4.5 el. Grad, the voltage level between the anode and cathode is reached, which is necessary to open the thyristor 20.
Одновременно с этим на тиристор 20 плеча 9 цепочки вентилей 16 подается переменное напряжение второй секции I и II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подаются управляющие импульсы αрег, причем импульсы αрег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения.At the same time, an alternating voltage of the second section I and II of the secondary winding of the traction transformer is supplied to the thyristor 20 of the arm 9 of the valve chain 16, and the control pulses α reg are supplied to its control input, and the pulses α reg are regulated in phase, which ensures a smooth connection of the secondary winding of the transformer and, accordingly, smooth voltage regulation.
Тиристор 20 плеча 12 цепочки вентилей 18 под воздействием управляющих импульсов α0 и прямого напряжения с первой I и второй II секции вторичной обмотки трансформатора переходит в проводящее состояние.The thyristor 20 of the arm 12 of the valve chain 18 under the influence of control pulses α 0 and forward voltage from the first I and second II sections of the secondary winding of the transformer goes into a conducting state.
Тиристор 20 плеча 11 цепочки вентилей 17 под воздействием нерегулируемых, но задержанных по фазе импульсов α0з и прямого напряжения с первой I и второй II секции вторичной обмотки трансформатора переходит в проводящее состояние. Причем, открытие данного плеча необходимо для гарантированного открытия плеча 9 цепочки вентилей 16.The thyristor 20 of the shoulder 11 of the chain of valves 17 under the influence of unregulated, but delayed in phase impulses α 0z and direct voltage from the first I and second II sections of the secondary winding of the transformer goes into a conducting state. Moreover, the opening of this shoulder is necessary for guaranteed opening of the shoulder 9 of the chain of valves 16.
Тиристор 20 плеча 9 цепочки вентилей 16 под воздействием управляющих импульсов αрег и прямого напряжения с первой I и второй II секции вторичной обмотки трансформатора плавно подключает первую I и вторую секцию II вторичной обмотки трансформатора.The thyristor 20 of the shoulder 9 of the valve chain 16 under the influence of control pulses α reg and forward voltage from the first I and second II sections of the secondary winding of the transformer smoothly connects the first I and second section II of the secondary winding of the transformer.
После открытия тиристоров 20 соответствующих плеч 9, 11, 12 первой 16, второй 17 и третьей 18 цепочек вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2 на его выходе формируется выпрямленное напряжение первой I и второй II секции вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α0, которое поступает на нагрузку 3 и нулевой тиристор 6.After the thyristors 20 of the corresponding arms 9, 11, 12 of the first 16, second 17 and third 18 chains of valves of the rectifier-inverter converter 2 are opened, a rectified voltage of the first I and second II sections of the secondary winding of the transformer with negative polarity is formed at its output from a time interval of 0 to α 0 , which is supplied to the load 3 and the zero thyristor 6.
Среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α0=4,5 эл. градусов.The average value of the rectified voltage depends on the voltage values with negative polarity in the time interval from 0 to α 0 = 4.5 el. degrees.
Во второй полупериод сетевого напряжения на тиристор 20 плеча 13 цепочки вентилей 18 подается переменное напряжение первой I и второй II секции вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α0=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя 2. При угле, равном α0=4,5 эл. град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора 20.In the second half-period of the mains voltage, the thyristor 20 of the arm 13 of the valve chain 18 is supplied with alternating voltage of the first I and second II sections of the secondary winding of the traction transformer, and unregulated pulses with a minimum opening angle of the thyristors α 0 = 4.5 e are fed to its control input. hail in accordance with a given control algorithm of the control unit of the rectifier-inverter converter 2. At an angle equal to α 0 = 4.5 el. hail, the voltage level between the anode and cathode is reached, which is necessary for opening the thyristor 20.
Одновременно с этим на тиристор 20 плеча 8 цепочки вентилей 16 подается переменное напряжение второй секции I и II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подаются управляющие импульсы регулируемый по фазе управляющий импульс αрег, причем импульсы αрег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения.At the same time, an alternating voltage of the second section I and II of the secondary winding of the traction transformer is supplied to the thyristor 20 of the arm 8 of the valve chain 16, and the control pulses are supplied with control pulses of a phase-controlled control pulse α reg , and the pulses of α reg are regulated in phase, which ensures smooth connection of the secondary winding of the transformer and, accordingly, smooth voltage regulation.
Тиристор 20 плеча 13 цепочки вентилей 18 под воздействием управляющих импульсов α0 и прямого напряжения с первой I и второй II секции вторичной обмотки трансформатора переходит в проводящее состояние.The thyristor 20 of the shoulder 13 of the valve chain 18 under the influence of control pulses α 0 and forward voltage from the first I and second II sections of the secondary winding of the transformer goes into a conducting state.
Тиристор 20 плеча 10 цепочки вентилей 17 под воздействием нерегулируемых, но задержанных по фазе импульсов α0з и прямого напряжения с первой I и второй II секции вторичной обмотки трансформатора переходит в проводящее состояние. Причем, открытие данного плеча необходимо для гарантированного открытия плеча 8 цепочки вентилей 16.The thyristor 20 of the shoulder 10 of the chain of valves 17 under the influence of unregulated, but delayed in phase impulses α 0z and direct voltage from the first I and second II sections of the secondary winding of the transformer goes into a conducting state. Moreover, the opening of this shoulder is necessary for guaranteed opening of the shoulder 8 of the valve chain 16.
Тиристор 20 плеча 8 цепочки вентилей 16 под воздействием управляющих импульсов αрег и прямого напряжения с первой I и второй II секции вторичной обмотки трансформатора плавно подключает первую I вторую II секцию вторичной обмотки трансформатора.The thyristor 20 of the arm 8 of the valve chain 16 under the influence of control pulses α reg and direct voltage from the first I and second II sections of the secondary winding of the transformer smoothly connects the first I second II section of the secondary winding of the transformer.
После открытия тиристоров 20 соответствующих плеч 8,10, 13 первой 16, второй 17 и третьей 18 цепочек вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2 на его выходе формируется выпрямленное напряжение первой I и второй II секции вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α0, которое поступает на нагрузку 3 и нулевой тиристор 6.After the thyristors 20 of the corresponding arms 8, 10, 13 of the first 16, second 17 and third 18 chains of valves of the rectifier-inverter converter 2 are opened, a rectified voltage of the first I and second II sections of the secondary winding of the transformer with negative polarity is formed at its output from a time interval of 0 to α 0 , which is supplied to the load 3 and the zero thyristor 6.
Среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α0=4,5 эл. градусов.The average value of the rectified voltage depends on the voltage values with negative polarity in the time interval from 0 to α 0 = 4.5 el. degrees.
Кроме того, в начале каждого полупериода сетевого напряжения только на интервалах времени от 0 до α0 на управляющий вход нулевого тиристора 6 блоком управления нулевым тиристором 7 подаются управляющие импульсы. На интервалах от α0 до 0 в каждом полупериоде сетевого напряжения подача управляющих импульсов на управляющий вход нулевого тиристора 6 отсутствует.In addition, at the beginning of each half-cycle of the mains voltage, only at time intervals from 0 to α 0, control pulses are supplied to the control input of the zero thyristor 6 by the control unit of the zero thyristor 7. In the intervals from α 0 to 0 in each half-cycle of the mains voltage, the supply of control pulses to the control input of the zero thyristor 6 is absent.
Блок управления нулевым тиристором 7 на второй зоне регулирования работает аналогично его работе на первой зоне регулирования.The control unit zero thyristor 7 in the second regulation zone works similarly to its work in the first regulation zone.
В результате, в начале каждого полупериода сетевого напряжения на интервале от 0 до α0 ток с выпрямительно-инверторного преобразователя 2 замыкается через нулевой тиристор 6, минуя нагрузку 3, а выпрямленное напряжение на двигателе 26 определяется падением напряжения на нулевом тиристоре 6.As a result, at the beginning of each half-cycle of the mains voltage in the range from 0 to α 0, the current from the rectifier-inverter converter 2 closes through the zero thyristor 6, bypassing the load 3, and the rectified voltage on the motor 26 is determined by the voltage drop on the zero thyristor 6.
Таким образом, нулевой тиристор 6 находится в проводящем состоянии на интервале времени 0 до α0 в каждый из полупериодов сетевого напряжения. При этом значение напряжения на нулевом тиристоре 6 на этом интервале близко к нулю, что приводит к отсутствию в выпрямленном напряжения значений напряжения с отрицательной полярностью. Наличие в выпрямленном напряжении на второй зоне регулирования значений только с положительной полярностью напряжения увеличивает среднее значение выпрямленного напряжения, что приводит к снижению энергопотребление двигателя 4.Thus, the zero thyristor 6 is in a conducting state in the time interval 0 to α 0 in each of the half-periods of the mains voltage. Moreover, the voltage value at the zero thyristor 6 in this interval is close to zero, which leads to the absence of voltage values with negative polarity in the rectified voltage. The presence in the rectified voltage in the second regulation zone of values with only positive voltage polarity increases the average value of the rectified voltage, which leads to a decrease in the power consumption of the motor 4.
Третья зона регулирования.The third regulation zone.
На третьей зоне регулирования в работе находятся вторая 17, третья 18, и четвертая 19 цепочки вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2.On the third regulation zone, the second 17, third 18, and fourth 19 valve chains of the rectifier-inverter converter 2 are in operation.
Четвертая зона регулирования.Fourth regulation zone.
На четвертой зоне регулирования в работе находятся первая 16, вторая 17 и четвертая 19 цепочки вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2.On the fourth regulation zone, the first 16, second 17 and fourth 19 valve chains of the rectifier-inverter converter 2 are in operation.
Алгоритм управления плечами 10-15 выпрямительно-инверторного преобразователя 2 на третьей зоне регулирования и плечами 8-16 выпрямительно-инверторного преобразователя 2 на четвертой зоне регулирования аналогичен алгоритму управления на второй зоне регулирования.The control algorithm for the shoulders of 10-15 rectifier-inverter converter 2 in the third regulation zone and for the shoulders of 8-16 rectifier-inverter converter 2 in the fourth regulation zone is similar to the control algorithm in the second regulation zone.
Работа нулевого тиристора 6 и алгоритм управления блока нулевого тиристора 7 на третьей и четвертой зонах регулирования аналогичны работе нулевого тиристора 6 и алгоритму управления блока нулевого тиристора 7 на второй зоне регулирования.The operation of the zero thyristor 6 and the control algorithm of the block of the zero thyristor 7 in the third and fourth regulation zones are similar to the operation of the zero thyristor 6 and the control algorithm of the block of the zero thyristor 7 in the second regulation zone.
В результате, в начале каждого полупериода сетевого напряжения на третьей и четвертой зоне регулирования на интервале от 0 до α0 ток с выпрямительно-инверторного преобразователя 2 замыкается через нулевой тиристор 6, минуя нагрузку 3, а выпрямленное напряжение на двигателе 26 определяется падением напряжения на нулевом тиристоре 6.As a result, at the beginning of each half-cycle of the mains voltage in the third and fourth control zones in the interval from 0 to α 0, the current from the rectifier-inverter converter 2 closes through the zero thyristor 6, bypassing the load 3, and the rectified voltage on the motor 26 is determined by the voltage drop at zero thyristor 6.
Таким образом, нулевой тиристор 6 находится в проводящем состоянии на интервале времени 0 до α0 в каждый из полупериодов сетевого напряжения на третьей и четвертой зоне регулирования. При этом значение напряжения на нулевом тиристоре 6 на этом интервале близко к нулю, что приводит к отсутствию в выпрямленном напряжения значений напряжения с отрицательной полярностью. Наличие в выпрямленном напряжении на третьей и четвертой зоне регулирования значений только с положительной полярностью напряжения увеличивает среднее значение выпрямленного напряжения, что приводит к снижению энергопотребление двигателя 4.Thus, the zero thyristor 6 is in a conducting state in the time interval 0 to α 0 in each of the half-periods of the mains voltage in the third and fourth regulation zone. Moreover, the voltage value at the zero thyristor 6 in this interval is close to zero, which leads to the absence of voltage values with negative polarity in the rectified voltage. The presence in the rectified voltage in the third and fourth zone of regulation of values with only positive polarity of the voltage increases the average value of the rectified voltage, which leads to lower power consumption of the motor 4.
Таким образом, в режиме тяги на каждой зоне регулирования в начале каждого полупериода сетевого напряжения на интервале от 0 до α0 выпрямленное напряжение стремится к нулю, вследствие чего, выпрямленное напряжение, поступающее на нагрузку 3, имеет только положительную полярность на всех зонах регулирования.Thus, in the traction mode on each regulation zone at the beginning of each half-cycle of the mains voltage in the interval from 0 to α 0, the rectified voltage tends to zero, as a result, the rectified voltage supplied to load 3 has only positive polarity in all regulation zones.
Кроме того в режиме тяги на всех зонах регулирования индуктивное сопротивление 5 в цепи нагрузки снижает уровень пульсаций выпрямленного тока, обусловленных пульсациями в сети, до приемлемой для работы двигателя 4 величины.In addition, in the traction mode in all regulation zones, the inductive resistance 5 in the load circuit reduces the level of rectified current ripples due to ripples in the network to an acceptable value for the motor to work 4.
Наличие в выпрямленном напряжении на всех зонах регулирования значений напряжения только с положительной полярностью увеличивает среднее значение выпрямленного напряжения, что приводит в режиме тяги к снижению энергопотребления двигателя 4.The presence in the rectified voltage in all regulation zones of voltage values with only positive polarity increases the average value of the rectified voltage, which leads in the traction mode to reduce the power consumption of the motor 4.
Проверка работоспособности преобразователя однофазно-постоянного тока с достижением вышеуказанного результата осуществлена методом математического моделирования с использованием пакета программ ORCAD. Для сравнения были смоделированы работа заявляемого преобразователя однофазно-постоянного тока и преобразователя - прототипа в режиме тяги на всех зонах регулирования.The operability check of the single-phase-DC converter with the achievement of the above result was carried out by the method of mathematical modeling using the ORCAD software package. For comparison, the operation of the inventive single-phase-DC converter and the converter - the prototype in the traction mode in all regulation zones were modeled.
За расчетную схему принята схема электовоза ЭП-1. В пакете программ ORCAD были смоделированы следующие основные блоки системы «тяговая подстанция - контактная сеть - электровоз в режиме тяги»: тяговая подстанция, два тяговых трансформатора ОДНЦЭ-5700/25 У2, два выпрямительно-инверторных преобразователя ВИП-5600 - УХЛ2 на каждый тяговый трансформатор, три тяговых электрических двигателя НБ-520 В на каждый выпрямительно-инверторный преобразователь.For the design scheme adopted scheme electric locomotive EP-1. In the ORCAD software package, the following main units of the “traction substation - contact network - electric locomotive in traction mode” system were simulated: traction substation, two traction transformers ODNTSE-5700/25 U2, two rectifier-inverter converters VIP-5600 - UHL2 for each traction transformer , three traction electric motors NB-520 V for each rectifier-inverter converter.
Результаты математического моделирования показывают, что использование заявляемого преобразователя однофазно-постоянного тока позволяет при токе двигателя 570 А увеличить среднее значение выпрямленного напряжения на 8%-10% по сравнению с прототипом, что приведет к снижению энергопотребления двигателя.The results of mathematical modeling show that the use of the inventive single-phase-DC converter allows at an engine current of 570 A to increase the average value of the rectified voltage by 8% -10% compared with the prototype, which will lead to a reduction in energy consumption of the motor.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014108646/07A RU2549356C1 (en) | 2014-03-05 | 2014-03-05 | Single phase dc converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014108646/07A RU2549356C1 (en) | 2014-03-05 | 2014-03-05 | Single phase dc converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2549356C1 true RU2549356C1 (en) | 2015-04-27 |
Family
ID=53289714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014108646/07A RU2549356C1 (en) | 2014-03-05 | 2014-03-05 | Single phase dc converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2549356C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU907679A1 (en) * | 1980-06-30 | 1982-02-23 | Научно-Исследовательский Электротехнический Институт Производственного Объединения "Хэмз" | Device for protecting rectifiers in parallel circuits of thyristorized converter |
| SU1091298A1 (en) * | 1982-10-01 | 1984-05-07 | Ульяновский политехнический институт | Device for one-channel phase control of thyristor converter |
| SU1244761A1 (en) * | 1984-12-21 | 1986-07-15 | Предприятие П/Я А-1811 | One-step d.c.voltage converter |
| RU2368060C1 (en) * | 2008-07-18 | 2009-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (ДВГУПС) | Monophase direct current converter |
-
2014
- 2014-03-05 RU RU2014108646/07A patent/RU2549356C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU907679A1 (en) * | 1980-06-30 | 1982-02-23 | Научно-Исследовательский Электротехнический Институт Производственного Объединения "Хэмз" | Device for protecting rectifiers in parallel circuits of thyristorized converter |
| SU1091298A1 (en) * | 1982-10-01 | 1984-05-07 | Ульяновский политехнический институт | Device for one-channel phase control of thyristor converter |
| SU1244761A1 (en) * | 1984-12-21 | 1986-07-15 | Предприятие П/Я А-1811 | One-step d.c.voltage converter |
| RU2368060C1 (en) * | 2008-07-18 | 2009-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (ДВГУПС) | Monophase direct current converter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2322749C1 (en) | Method for control of multizone rectifier of single-phase alternating current | |
| US10044278B2 (en) | Power conversion device | |
| EP3836377A1 (en) | Power conversion device | |
| JP7145881B2 (en) | Method for controlling a three-phase Vienna rectifier | |
| RU2561913C1 (en) | Control method for multizone reversible converter of single-phase direct current | |
| RU2467893C1 (en) | Electric rolling stock reactive power compensator | |
| CN113783435A (en) | Low-harmonic-wave-output charging and discharging power supply for inductance coil | |
| JP2011229261A (en) | Power supply unit | |
| RU2549356C1 (en) | Single phase dc converter | |
| RU139772U1 (en) | THREE-PHASE RECTIFIER WITH IMPROVED OVERALL INDICATORS | |
| RU2561068C1 (en) | Method to control dependent inverter of single-phase ac current | |
| RU2689786C1 (en) | Control method of multi-zone rectifier-inverter converter of single-phase alternating current | |
| RU2534749C1 (en) | Reversible frequency converter | |
| RU2368060C1 (en) | Monophase direct current converter | |
| RU2639048C2 (en) | Method of frequency conversion | |
| RU2716493C1 (en) | Control method of multi-zone rectifier-inverter converter of single-phase alternating current | |
| CN111614274A (en) | Converter valve voltage-sharing electrode power supply device for scaling test | |
| RU2668571C1 (en) | Multi-zone rectifier of single phase ac voltage | |
| RU2573821C2 (en) | Method of control in mode of regenerative braking of multizonal rectifying and inverting converter | |
| RU54704U1 (en) | MULTI-ZONE AC SINGLE RECTIFIER | |
| RU176888U1 (en) | SEMICONDUCTOR RECTIFIER | |
| RU2706422C1 (en) | Single-phase-direct current converter | |
| RU198507U1 (en) | VARIABLE SPEED DRIVE | |
| RU66130U1 (en) | FREQUENCY CONVERTER | |
| RU2716139C1 (en) | Single-phase alternating current multi-zone rectifier |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190306 |