SU515674A1 - Способ управлени вентальными преобразовател ми электроподвижного состава переменного тока - Google Patents

Description

вателей и в момент по влени  амплитуды первого полупериода частоты собственных колебаний тока конденсатора подают управл ющие импульсы на гас щие вентила , второго преобразовател , а ь следующем полуперноде питающего напр жени  очередность работы преобразователей мен ют Дл  снижени  потерь напр жени  в т говой сети на конедаой стадии регулированна при полном напр жении на т говых электродвигател х при уменьшении фазы первоначального управл ющего нм- пульса до мш1нмальной величины можно подать управл ющие импульсы на главные вентили также других преобразователей, затем при достижении током вторичной обмотки трансформатора величины тока нагрузки одного преобразовател  подают управл ющие импульсы на гас щие венти ли одного преобразовател  и в момент достижени  током во вторичной обмотке трансформатора величины, равной общему току нагруйки всех преобразователей, подают управл ющие импульсы на главные вентили Ti;a3aHHbix преобразователей, На конечной стадий регулировани  поо ле того, как вследствие подачи первоначальных управл ющих импульсов на глав ные вентили одаого преобразовател  минимальное напр жение на конденсаторе уменьщают до нул , подают управл ющие HMtiyhbCbi на противофазные гас щие вентилиодного из преобразователей, которым соответствуют не провод щие в этот мо мент тока главные вентили. Дл  повышени  коэффициента мощности за счет устранени  короткого замыкгщи  вторичной обмотки трансформатора в процессе коммутации главных вентилей прео разователей и уменьшени  минимальной фазы первоначальных управл ющих  мпуль сов одновременно с первоначальными управл ющими импульсами на главные вентили одного преобразовател  управл ющие импульсы на противофазные гас щие вентили одного из преобразователей которым соответствуют не провод щие в этот момент тока главные венти ли, и затем в момент по влени  амплиту ды первого полупериода частоты собствен ньк колебаний тока конденсатора подают управл ющие импульсы на главные венти ли другого преобразовател . На фиг. 1 показана принципиальна  бло на  еютова  схема двух попууправл е-. мых симметричньк вентильньос преобразо . вателей: на фиг. 2- временные диаграммы напр жений и токов в процессе регулировани  напр жений; на фиг.З - то же, на онечной стадии регулнровани  на фиг.4 финципиальна  силова  схема двух полуупавл емьк несимметричньк вентильных реобразователей с подключением гас щазс ентилей к одному концу вторичной обмоти трансформатора; на фиг.5 - крива  нап жени  на вторичной обмотке трансфоратора и конденсатора и моменты подачи управл ющих импульсов} на фиг.6 - другой пример принципиальной силовой схемы двух полууправл емых несимметришьк вентильньк преобразователей с подключением гас щего вентил  одного вентильного преобразовател  к одному концу вторнчной обмотки трансформатора, гас щего .вентил  другого вентильного преобразовател  - к концу вторичной обмот- KKj на фиг.7 - соответствующие фиг.б крива  напр л ени  трансформатора и алгоритм управле}ш  в процессе регулировани . Вентильные преобразователи 1 и 2 . электроподвижного состава переменного тока питаютс  от траснформатора 3, параллельно вторичной обмотке 4 которого под1сл1очен ксжденсатор 5 (см.фиг.1).Каждый из вентильных преобразователей 1 и 2 выполнен по известной мостовой схеме из управл емые, и неуправл емых электрйческих вентилей. Вентильный преобразователь 1 содержит два полностью управл емых плеча б и 7, каждое из которых состоит, в свою очередь, из главного и гас щего электрического вентил , а также вспомогательного вентил , коммутирующего дроссел  а коммутирующего конденсатора. В принципе полностью управл емое плечо вентильного преобразовател  может быть выполнено по любой известной схеме. Два других плеча 8 и 9 вентильного преобразовател  1 вьтолнены в виде неуправл емых электрических вентиле хот  принципиально возможно ах выполнение в виде управл емьк электрических вентилей или же в виде полнсхзтью управл емого плеча подобно плечам 6 и 7. Вентильный преобразователь 2 (см.фнг.1) подобен преобразователю 1 н содержит полностью управл емые плечи 10 н- 11 неуправл емые плечи 12 н 13, При угле фазового регулировани  оС 1см,фиг.2) в полупериод питающего напр  женн  сета U Vfjibi УМ-амплитуда вторичного напр же ни  трансфс матора 3, соответствующа  пол рности напр жени , отмеченной на фнг. 1 стрелкой и знаками + - на коиденсаторе 5, до мемента времени t то- ки т говых двигателей, поддерживаемые ЭДС самоиндукции сглаживающ 1Х реакторов , замыкаютс  через плечи 7,8 вентиль ного преобразовател  1 и плечи 11,12 вентильного преобразовател  2. В цепи вторичной обмотки 4 трансформатора 3 и конденсатора 5 протекает емкостной ток U - 3.. tios , где 11-м оц - амплитуда принужденного емкостного тока. На фиг. 2 обозначено также напр жение Uc на конденсаторе 5. Дл  упрощени  процессы в силовой схеме описаны при допущении , что вьшр  ленньй ток двигател  Odi/2 идеально сглажен bd/2 Odi/2 const в момент времени i открьшаетс  пол ностью управл емое плечо одного из вен-тильных преобразователей, например плечо 6 преобразовател  1. При этом, поскольку трансформатор 3 обладает индуктивным сопротивлением, выпр мленньй ток группы т говых двигателей, рааньо половине общего тока 3d , замыкаетс  через конденсатор 5, и начинаетс  его разр д. По мере разр дка емкости конденсатора 5 нарастает ток 1- в трансформаторе 3. К моменту времени Ь , отсто щему от момента времени -Ь на четверть периода колебаний контура трансформатора 3 - кон денсатор 5 с некоторой собственной угловой частотой, весь ток d открытог вентильного преобразовател  замыкаети  через трансформатор 3. Но в этот ;.оменг напр жение на конденсаторе 5 ( ;сэ, минимальную величину и под дейсг;,::йм ЭДС трансформатора 3, превышающей иалр же- на конденсаторе 5, нач1шаетс  зар д последнего, и процесс роста тока в трансформаторе продолжаетс , причем все более замедленно. Если не учитьтать затухани  колебательного процесса из-за наличи  .активных сопротивлений, то к моменту вре мени Ь , соответствующему полупериоду колебательного процесса, прирост тока во вторичной обмотке 4 трансформатора 3 до тигает полной величины Id . Дл  момента времени ti, характерно по вление амплитуды первого полупериода частоты собственных колебаний тока конденсатора 5. В этот момент зар дный ток конденсатора достигает - 3d (точнее dd- d) ), открываетс  полностью управл емое плечо 1О второго вентильного преобразовател  2 и ток второй группы т говых двЕггателей замыкае -с  через вторичную обмотку 4 трансформатора, тогда как зар дный ток через конденсатор 5 пре кращаетс . На конечной стадии регулировани , пооле того как вследствие подачи первоначальньк управлшощих импульсов на главные вентили 6 (см.фнг. 1) одного преобразовател  минимальное напр жение на кснденсатрре 5 уменьшаетс  до нул  (см.фиг.З), подают управл ющие импульсы на противофазные гас щие вентили плеча о/шого из вентильных преобразователей, которым соответствуют не провод щие в этот момент тока главные вентили, например в плече 10, обеспечива  тем самым даль-нейший рост тока во вторичной обмотке 4 трансформатора 3. Дл  устранени  короткого замыкани  вторичной обмотки 4 трансформатора 3 в процессе коммутации главных вентилей преобразователей как в процессе изменени  фазы утла регулировани  о (см.фиг.2, и 3), так и в момент перехода кривой питающего напр жени  через нуль, т.е. при О 0, одновременно с импульсами управлени  на главные вентили одного преобразовател , например в плече 6 (см.фнг. 1), подают управл ющие импульсы также и на противофазные гас щие вентили одного из преобразователей, которва соответствуют не провод щие в этот момент тока главные вентили, например в плече 10 (см.фиг. 1), а затем в момент по влени  амплитуды первого полупериода частоты собственных колебаний тока конденсатора 5 подают управл ющие импульсы на главные вентили в плече 10. Дл  гашени  тока в трансформаторе 3 в конце полупериода питающего напр женна осуществл етс  обратный процесс. В момент времени t закрываетс  полностью управл емое плечо it) вентильного преобразовател  2. Выпр мленньй ток второй группы т говых двигателей замыкаетс  через плечи 11 и 12 йентильного преобразовател  2, а половина тока .Ы вторичной обмотки 4 трансформатора 3 замыкаетс  через конденсатор 5, вызыва  начало зар да его емкости. Повыщение напр жени  на конденсаторе 5 сопровождаетс  все более ннтен- сивньм падением тока во вторичной обмотjce 4 трансформатора 3 и в самом конденсаторе 5. Через четверть периода колебательного процесса в конденсаторе 5 ток падает до нул , а во вторичной обмотке 4 трансформатора 3 до - Jol В момент времени -tg напр жение на конденсаторе 5 достигает максимальной величины и, поскольку оно превышает ЭДС, трансформатора 3, продолжаетс  падение тока в последнем, а в конденсаторе 5 по вл етс  ток обратного направлени , т.е.

7515674

начинаетс  разр д. В конце полупериода питающего напр жени  колебательного процесса - момент времени Ь , конденсатор 5 разр жаетс , ток в трансформаторе 3 падает почти до нул  (точнее ао Ov C;OSU)x }, а выпр мленный ток первой группы т говых двигателей замыкаетс  через конденсатор 5. В момент времени t, закрываетс  полностью управл емое плечо 6 вен тнльного преобразовател  1, и ток первой группы т говых двигателей замыкаетс  через плечи 6 и 8 вентильного преобразоватеп  1, тогда как -ток через кс«денсатор 5 прекращаетс . Такой способ управлени  процессом ком мутации, как при образовании цепи тока через трансформатор в начале или середине полупериода; питающего напр жени  (при фазовом регулировании напр жени ), так и при запирании тока в кс«це данного полупериопа питающего напр жени , обеспечивает повышение коэффициента мощности электроподвижного состава, снижение потерь напр жени  в т говой сети и позвол ет отказатьс  от применени  промежуточных ступеней регулировани , увеличивающих потребное количество тиристоров и усложн ющих конструкцию трансформатора. Одновременно достигаетс  сокращение высщих гармоник тока в т говой сети и снижение мещающего вли ни  т гового тока на линии св зи. Последнее обеспечиваетс  в полной мере , если после отпирани  первого вентильного преобразовател , в конце коммутации ток в трансформаторе достигает величины выпр мленного TOKadd и приращение этого тока во времени cilj/dt в момент времени V.ij отпирани  второго вентильного пре образовател  будет равна нулю или при пульсирующем токе величине ai/Лвыпр мленного тока, после отпирани  второго вентильного преобразовател . Дальнейщее усовершенствование предлагаемого способа помимо указанного пойожигельного эффекта позвол ет также применить на электроподвижном составе более простую силовую схему, а именно вместо четырех полностью управл емых плеч дл  двух вентильных преобразователей (см.фиг. 1) возможно использовать преобразователи только с двум  полность управл емыми плечами (см.фиг.4). Вентильный преобразователь 1 выполйен по мостовой схеме с четырьм  пле- нами 6-9 (см.фиг.4), из которых; плечи 6 и 9 вьгаолнены в виде не фавл емых электрических вентилей, плечо 8 - в вйде

Claims (3)

1. управл смого электрического вентил , плечо 7  вл етс  полностью управл емым и состоит из главного вентил  14, гас щего вентил  15, вспомогательного вентил  16, коммутирующего дроссел  17 и коммутиРующего конденсатора 18. Вентильный преобразователь 2 выполнен по мостовой схеме с четырьм  плечами 10-13, из которых плечи 10 и 1,3 -выполнены в виде неуправл емых электрических вентилей, плечо 11 в виде управл емого электрического вентил , плечо 12  вл етс  полностью управл емым и состоит из главного вентил  19 гас щего вентил  20, вспомогательл . ного вентил  21, коммутирующего дроссел  22 и коммутирующего конденсатора 23. Гас щие вентили 15 и 20 подключены к одному (на фиг.5 - к левому) концу вторичной обмотки 4 трансформатора 3. Управление и регулирование вентильных преобразователей 1 и 2 производ т следую щим образом. В соответствующие полупери- оды изменени  питающего напр жени  коммутирующие конденсаторы 18 и 23 зар жаютс  соответственно по цеп м через 17,16,15,6 и 22,21,9 от вторичной обмотки 4 трансформатора 3 и приобретают на нижних (см.фиг.4) обкладках положительный потенциал. До момента отпирани  управл - емых вентилей токи т говых двигателей первого и второго вентильных преобразователей протекают по цепи плеч соответственно 9,6 и 13,10 под действием ЭДС, запасенной в индуктивност х сглаживающих реакторов и обмоток двигателей. В момент, перехода кривой питающего напр жени  через нуль при реализации известньк способов управлени  подают щирокий по длительности управл ющий импульс, например, на плечо 8 первого вентильного преобразова- тел  1. Поскольку обмотка 4 трансформатора 3 в этом случае оказьшаетс  закороченной плечами 8 и 9, то коммутаци  тока -двигателей из цепи вентил  9 в цепь вентил  8 осуществл етс  под действием тока короткого замыкани , а вьшр мленное напр жение при этом равно нулю. Дл  устранени  короткого замыкани  вторичной обметки 4 в процессе переключени  тока из цепи плеча 9 в цепь плеча 8 при использовании предлагаемого способа управлени  одновременно с подачей коротких по длительности-управл ющих импульсов на управл емый вентиль 8 производ т подачу-управл ющего импульса еще и на гас щий вентиль 15 противофазного плеча этого же вентильного преобразовател  1 (см.фиг.5, момент времени). В этом случае ток г говьк двигателей переключаетс  из цепи плеч 9,6 в цепь 8, 15, 17,18 под действием напр жени  коммут рующего конденсатора 18, Далее в проце нарастани  напр жени  на вторичной обмотке 4 трансформатора 3 (плечо 9 .-же заперто) ток т говых двигателей перемещаетс  в цепь конденсатора 5 и вторично обмотки 4 трансформатора, а коммутирую щий конденсатор 18 зар жаетс  по цепи 6,16 и через дорсрель 17 от вторичной обмотки 4 трансформатора 3. При этом Б обмотке трансформатора и конденсаторе 5 возникает колебательный процесс тока с частотой собственных колебаний , обусловленной емкостью конденсатора 5 и индуктивностью трансформатора . Через полупериод частоты собствен лых колебаний ток в обмотке 4 трансформатора достигает величины, равной общему току обоих вентильных преобразовате- лей. В момент времени tr (см.фиг.5) подают управл ющий импульс на главньй вентиль 19 той же фазы, но уже другого вентильного преобразовател 
2. 2. Ток т говых двигателей переключаетс  из це- пи плеч 13,10 в цепь главного вентил  19, а в конденсаторе 5 ток скачком спадает до величины принужденного тока, и колебательный процесс прекращаетс . При этом процесс переключени  тока из цепи плеча 13 в цепь главного вентил  19 не сопровождаетс  коротким замыканием, так как к моменту подачи управл ющего импульса на главный вентиль 9 во вторичной обмотке 4 трансформатора 3 уже протекал суммарный ток нагрузки вентильного преобразовател , а дальнейщий его рост означал бы потерю вентильных свойств плеч 13 или 9, Далее-токи т говых двигателей проте- кают по цеп м соответственно 8,6 и 19, 10 под действием ЭДС вторичной обмотк 4 трансформатора 3. Коммутирующий кон денсатор 18 продолжает зар жатьс  чере цепь 6Д6 и дросселБ 17, и напр жение на нем достигает амплитуды напр жени  вторичной обмотки 4 через четверть периода изменени  питающего напр жени , В момент -Ьт, (см.фиг.5), опережающий следующую точку перехода кривой питающего напр жени  через нуль, т.е. еще в пределах данного полупериода, подают управл ющий импульс на гас щий вентиль 19 (см.фиг.4) второго вентильно го преобразовател , переключа  тем самы ток двигателей снова в цепи плеч 13 и Ю, а ток трансформатора в конденсатор 5. Снова возникает колебательный ток в конденсаторе, в результате которого к концу 11олуае(11юда иитшсицого )гапр жени  ток D тра11сформато 10 к конденсаторе 5 спадает до велич шы принужденного тока, а токи т говььх двигателей снова замыкаютс  по цеп м плеч соответственно 13, 10 и 9,6. Дл  обеспечени  симметрпн в нагрузке двигателей по полупериодакт очередность работы вентильных преобразователей в следующем полупериоде измен ют на обратную . Здесь (см.фиг.З) первыми подают управл ющие импульсы на плечо 11 и гас щий вентиль 19 второго вентильного преобразовател , затем также через по- лупериод частоты собственных колебаний тока в конденсаторе 5 подают управл ю- - щий импульс на гдавный вентиль 14 первого вентильного преобразовател , а гй- шение тока в траснформаторе 3 производ т аналогично, но уже с подачей управл ющего импульса на гас щий вентиль 15. На фиг.6 показан вариант принципиальной силовой схемы, где вснтильньй преобразователь 1 выполнен по мостовой схеме с четырьм  плечами 6-9 выполненными так же, как и в предыдущем варианте (см.фиг.4). Вентильный преобразователь 2 выполнен по - прежнему с четьфьм  плечами 10-13, из которьк плечи 11 и 12 выполнены в виде неуправл емых электрических вентилей, плечо 13 - в виде управл емого электрического вентил , плечо 10  вл етс  полностью управл емым и состоит из главного вентил  24 , гас щего вентил  25, вспомогательного вентил  26, коммутирующего дроссел  27 и коммутирующего конденсатора 28. Гас щие вентили 15 н 25 в aTOiv: варианте подключены к различным концам вторичной обмотки 4 трансформатора
3. 3. Соответственно фиг.6 на фиг.7 показана крива  напр жени  вторичной обмотки 4 трансформатора 3 и моменты подачи управл ющих импульсов на вентили 8, 14, 15 вентильного преобразовател  1 и на цепь 13,24,25 вентильного преобразовател  2 в оба полупериода питающего напр жени , с целью регулировани  выходного напр жени , а следовательно, и скорости электроподвижного состава,, момент подачи первых из указанных управл ющих импульсов на главные и гас щие вентили в пределах каждого полупериода питающего напр жени  смещает по фазе, т.е. измен ют угол с (см.фиг.7). Дл  осуществлени  инверторного режима работы преобразовател  при рекуперативном торможении электроподвижного состава Все вентили должны быть упраил е- мыми, a управление производ г аналогично режиму выпр млени . В таком гю ностью управл емом преобраэоватзле вспомогательные цепи дл  гашени  тока в главных вентил х могут быть усгановлены в любьгх плечах вентильиьк преобразователей и в любом количестве. Предлагаемый способ управлени  позво л ет устранить короткое замыкание обмотки трансформатора при использова НИИ коротких по длительности импульсов управлени  вентил ми, утч еньшкть индуктивное падение напр жени  к увеличить вьтр мленное напр жение, существенно повысить коэффициент мощности ЭПС, снизить потери напр жени  в т говой сети и уменьшить мешающее воздействие т говой сети на линии св зи, а также путем применени  коротких управл ющих импульсов снизить мощность, габариты и вес системы управлени  вентил ми преобразовател . Способ осуществлен на мощ ном лабораторном стенде, включающем в себ  основное силовое электрооборудо вание электроподвиишого состава перемен иого тока - т говый трансформатор ОЦР 1ООО-25, т говые электродвигатели УРТ 110, сглаживающие реакторы СР80 н вентильньй преобразователь, схема ко торого в процессе опытов выполн лась Б различных вариантах по типу известных несимметричных к симметричнъж полууп равл емых и управл емьгх мостовьк схем Формула изобретени  1„ Способ управлени  вентильными преобразовател ми электроподвийоюго сос тава переменного тока питшощим с  от трансформатора, параллельно вторичной обмотке которого подключен конденсатор, заключающийс  в подаче регулируемых по фазе управл ющих импульсов на главные и гас щие управл емые электрически вентили, отличающийс  тем , что, с целью повьшдени  технкко-економи- ческих н т гово-энергетических показате лей электроподвижного состава и системы энергоснабжени , подают первоначально регулируемые по фазе управл ющие импул сы на главные вентили одного преобразовател ,и в момент по влени  амплитуды первого полупериода частоты собственных колебаний тока конденсатора иодшот упра л ющие импульсы на главные вентили Дру гого преобразовател , затем во второй лоловине данного полупериода питающего напр жени  подают управлшощие импульсы а гас щие вынтили одного из преобразоателей и в момент по влени  амплитуды ервого полупериода частоты собственных олебаний тока конденсатора подают упавл ющие импульсы на гас щие вентили торого преобразовател , а в следующем олупериоде питающего напр жени  очередость работы тфеобразователей мен ют. 2, Способ поп.1, отличающйс ,   тем, что, с целью снижени  потерь напр жени  в т говой сети на конечной стадии регулировани  при полном напр жении на т говых: электродвигател х при уменьщенин фазы первоначального управл ющего импульса до минимальной величины , подают упарвл ющие импульсы на главные вентили также других преобразователей , затем при достижении током вторичной обмотки трансформатора величины тока нагрузки одного преобразовател  подают управл ющие импульсы на гас щие вентили одного преобразовател  и в момент достижени  током во вторичной обмотке трансформатора величины, равной общему току нагрузки всех преобразователей , подают управл ющие импульсы на главные аентили указанных преобразователей. 3„ Способ по п.1, отличающийс  тем, что на конечной стадии регулировани , после того, как вследствие подачи первоначальных управл ющих кмпульсов на главные вентили одного преоб- разовател  минимальное напр жение на конденсаторе уменьщают до нул , подают управл ющие импульсы на противофазные гас щие вентили одного из преобразователей , которым соответствуют не провод щие в этот момент тока главные вентили. 4, Способ по п.1, отличающийс  тем, что, с целью повышени  коэффициента мощности путем устранени  короткого замыкани  вторичной обмотки трансформатора в процессе коммутации главньк вентилей преобразователей и уменьшени  минимальной фазы первоначальных управл ющих импульсов, одновременно с первоначальными управл ющими импульсами на главные вентили одного преобразовател  подают управл ющие импульсы, на противофазные гас щие вентили одного вз преобразователей, которым соответствуют не провод щие в этот момент тока главные вентили, и -затем в момент по влени  амплитуды первого нолупериода частоты собственных колебаний тока конденсатора подают управл ющие импульсы на главные вентили другого преобразовател . i,t.i Фиь.д Ц 5 6

   f t/ji.

   Tlbff,I, т т

   , Фиг. 6 t ц t .7