Результат интеллектуальной деятельности: Тяговый преобразователь электроподвижного состава переменного тока и способ его управления

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования на электроподвижном составе переменного тока в качестве главного преобразователя.

Цель изобретения - повышение тягово-энергетических показателей электроподвижного состава за счет осуществления плавного зонно-фазного регулирования выпрямленного напряжения.

Известен выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП), выполненный на IGBT-транзисторах [1], позволяющий значительно увеличить коэффициент мощности электровоза переменного тока. Однако недостатком данного ВИП, выполненного полностью на IGBT-транзисторах, является высокая стоимость.

Известны электропоезда переменного тока ЭД9М, ЭД9Т [2], являющиеся наиболее близкими аналогами (прототипами), на которых в качестве выпрямительной установки используется установка на неуправляемых электрических вентилях - диодах. Выпрямительная установка подключена к вторичной, секционированной обмотке тягового трансформатора и состоит из неуправляемых вентилей, подключенных по мостовой схеме. В качестве нагрузки используются якорные обмотки и обмотки возбуждения тяговых электродвигателей, сглаживающий реактор. Изменение напряжения на тяговых электродвигателях и, как следствие, изменение скорости движения электроподвижного состава осуществляется за счет переключения главным контроллером секций вторичной обмотки тягового трансформатора. Основными недостатком такого привода является ступенчатое изменение напряжения.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема электроподвижного состава с предлагаемым преобразователем переменного тока.

На принципиальной электрической схеме изображен преобразователь 14, который включает в себя управляемые ключи (IGBT транзисторы с последовательно включенным диодом) 2, 3, предназначенные для плавного регулирования напряжения на коллекторном электродвигателе 1, диоды 4-7, служащие для выпрямления электрического тока, снабберная цепь 8, необходимая для снятия коммутационных перенапряжений, возникающих при работе управляемых ключей, коммутаторы 9-13, предназначенные для подключения и отключения секций (I, II, III, IV, V, n) вторичной обмотки тягового трансформатора 15, токоприемник (пантограф) 16, предназначенный для подключения тягового трансформатора к сети переменного тока.

В начале регулирования выпрямленного напряжения включается вторичная обмотка тягового трансформатора I и за счет изменения фазы углов открытия и закрытия управляемых ключей происходит плавное увеличение выпрямленного напряжения на коллекторе тягового электродвигателя.

Для увеличения выпрямленного напряжения на тяговом электродвигателе с целью изменения скорости подвижного состава при отключенных управляемых ключах замыкается коммутатор 9 и своими контактами подключает вторичную обмотку тягового трансформатора II, равную напряжению предыдущей обмотке тягового трансформатора. Дополнительно плавное регулирование напряжения внутри зоны обеспечивается за счет изменения фазы углов открытия и закрытия управляемых ключей. Для последующего увеличения напряжения на тяговых электродвигателях при отключенных управляемых ключах размыкается коммутатор 9 и замыкается коммутатор 10, подключая вторичную обмотку тягового трансформатора III. Напряжение, прикладываемое к тяговому электродвигателю, равно напряжению вторичных обмоток трансформатора II-III. Изменение выпрямленного напряжения внутри зоны регулирования при постоянно замкнутом одном из коммутаторов осуществляется за счет плавного изменения фазы включения и отключения управляемых ключей 2 и 3. При дальнейшем увеличении выпрямленного напряжения на тяговых электродвигателях процесс повторяется. Число зон регулирования определяется числом вторичных обмоток тягового трансформатора I-n.

За счет изменения фазы углов открытия и закрытия управляемых ключей происходит плавное регулирование напряжения на коллекторе тягового электродвигателя внутри зоны, а переключения с одной зоны на другую осуществляется коммутаторами 9-13. Углы включения и отключения управляемых плеч внутри полупериода сетевого напряжения относительно перехода через ноль выбираются исходя из максимально возможного коэффициента мощности.

Техническим результатом является повышение коэффициента мощности и обеспечение плавного регулирования напряжения на коллекторах тяговых электродвигателей.

Список источников

1. Многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь и способ управления преобразователем: пат. 2498490 Рос. Федерация: МПК⁵¹ Н02М 5/42, Н02Р 25/10, Н02Р 27/06, G05F 1/70, B60L 9/12 / А.Ю. Портной, О.В. Мельниченко, С.Г. Шрамко, А.Г. Полуянов.

2. Руководство по устройству электропоездов серии ЭД9М, ЭД9Т, ЭР9П. М.: Центр Коммерческих разработок, 2005. - 128 с., табл., ил.