СПОСОБ РАЗНОФАЗНОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
METHOD FOR DIFFERENT-PHASE CONTROL OF RECTIFIER-INVERTER CONVERTERS OF AC ELECTRIC LOCOMOTIVE

Область техники, к которой относится изобретение
Способ предназначен для использования на электроподвижном составе и относится к алгоритму управления исполнительными устройствами -выпрямительно-инверторными преобразователями напряжения (ВИП).
Уровень техники
Применение тиристорных выпрямителей в статических преобразователях электровозов однофазно-постоянного тока (иная формулировка однофазного синусоидального тока промышленной частоты 50 Гц) в России и за рубежом дало возможность производить управление коллекторными тяговыми двигателями путем плавной регулировки напряжения на них. Это осуществляется изменением моментов отпирания соответствующих плеч выпрямительно-инверторного преобразователя электровоза в пределах периода питающего напряжения [1,4].
Согласно штатному алгоритму работы системы управления электровозов с плавным регулированием напряжения (ВЛ80Р, ВЛ85 и другие электровозы с тиристорными преобразователями), коммутация тока всех ВИП обеих секций происходит одновременно. В момент начала коммутации часть обмоток тягового трансформатора каждой секции электровоза начинает работать в режиме короткого замыкания. Одновременное начало коммутации всех преобразователей обусловливает резкое уменьшение напряжения на токоприемнике. Однако мгновенного снижения напряжения не происходит, так как вследствие наличия в тяговой сети распределенных индуктивностей и емкости возникают свободные колебания напряжения (первый закон коммутации) [4, с. 115].
0
p
Известен способ разнофазного управления (РФУ), предложенный сотрудниками Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ), заключающийся в разнесении во времени начал, а также окончаний коммутации различных групп преобразователей (на 8-9 электрических градусов по углам α и α). В теории это должно было позволить снизить вынужденный скачок напряжения при включении и выключении каждой группы преобразователей и амплитуду свободных колебаний напряжения на токоприемнике [3].
Однако на практике способ, предложенный ВНИИЖТом, не получил распространения ввиду наличия существенных недостатков.
Основные недостатки существующего способа РФУ:
0
р
- разнофазность управления достигается постоянным увеличением угла открытия тиристоров преобразователя на 8-9 электрических градусов (как по углам α, так и по α), а это, в свою очередь, значительно снижает внешние характеристики преобразователя (ВИП);
0
- снижение коэффициента мощности электровоза при реализации предлагаемого алгоритма, связанное, в том числе с тем, что в преобразователе без диодного разрядного плеча существует сильное снижение коэффициента мощности при увеличении угла α;
- мощность электровоза в часовом и продолжительном режиме несколько ниже, чем при типовом способе управления, происходит и некоторое снижение скорости.
Известен способ управления тиристорными преобразователями электровоза [2], с применением разрядного диодного плеча, позволяющий снизить электромагнитные колебания напряжения в зоне естественной коммутации (основой коммутации). Но при использовании данного алгоритма задачу улучшения качества напряжения в контактной сети удалось решить только при протекании основной коммутации тока тиристоров плеч ВИП, а при фазовом регулировании на каждой зоне свободные колебания остались без изменения и могли в амплитуде достигать напряжения питающей сети.
р
Наиболее близким техническим решением стал способ снижения послекоммутационных колебаний напряжения на токоприемнике электровоза [5], с применением разрядного диодного плеча, заключающийся в разнесении во времени начал, а также окончаний коммутации различных групп преобразователей с переменным углом задержки, равным полупериоду собственных колебаний напряжения тяговой сети обеспечивающий повышение качества электроэнергии в сети. Недостатком указанного способа является то, что разнофазное управление преобразователями реализуется только по углу α, все преобразователи электровоза делятся только на две группы, что не обеспечивает значительного снижения послекоммутационных колебаний напряжения на токоприемнике электровоза. К тому же реализация способа увеличивает пульсацию тока двигателя, возникающую в разных полупериодах напряжения сети.
Современные электровозы переменного тока обычно имеют несколько ВИП, которые могут быть оборудованы диодным разрядным плечом и в случае доработки системы управления могут управляться независимо.
0
р
Технический результат способа разнофазного управления выпрямительно-инверторными преобразователями электровоза переменного тока заключается в том, что реализуется разнесение во времени начал коммутаций тиристоров плеч разных ВИП электровоза, в силовую схему которых встроены диодные разрядные плечи, с обеспечением разной величины и направления сдвига углов открытия тиристоров α и α. В результате помимо повышения коэффициента мощности электровоза и снижения коэффициента искажения синусоидальности питающей сети, дополнительно обеспечивается снижение пульсации и выравнивание токов тяговых электродвигателей электровоза.
Раскрытие сущности изобретения
0
р
Предлагается способ разнофазного управления набором из двух и более ВИП электровоза переменного тока, выполненных на основе параллельных тиристорных мостов с диодными разрядными плечами, управляемых индивидуально блоком управления, направленный на снижение пульсации тока и выравнивание среднего напряжения на электродвигателях электровоза. Предлагаемый способ представлен в виде алгоритма разнофазного управления преобразователями, который осуществляется путем разнесения во времени начал коммутаций тиристоров плеч разных преобразователей одновременно по углам α и α с разной величиной и направлением сдвига данных углов.
Если электровоз имеет N число преобразователей, то минимальный угол открытия тиристоров плеч  во II-IV зонах регулирования, подключенных к вторичной обмотке трансформатора с низким напряжением, для каждого преобразователя, в зависимости от его порядкового номера n, формируется блоком управления по формуле
0
0
max
0
где α - минимальный угол открытия тиристоров преобразователя номер 1; Т - максимальное время разнофазного управления ВИП по углу α.
Регулируемые по фазе углы открытия тиристоров плеч , подключенных к вторичной обмотке трансформатора с более высоким напряжением, для каждого преобразователя в зависимости от его порядкового номера, формируются по формуле
р
р
max
p
где α - регулируемый по фазе угол открытия тиристоров преобразователя номер 1; Т - максимальное время разнофазного управления ВИП по углу α.
0max
pmax
Максимальное время разнофазного управления T и T принимается в зависимости от обеспечения максимального снижения коэффициента искажения синусоидальности напряжения питающей сети и выравнивания характеристик колесно-моторных блоков электровоза.
0
р
Предлагаемый способ управления ВИП с использованием диодного разрядного плеча обеспечивает повышение коэффициента мощности и уменьшение коэффициента искажения синусоидальности напряжения питающей сети. Разное направление сдвига углов α и α в данном случае позволяет выровнять среднее напряжение на электродвигателях электровоза, изменяющиеся при равнофазном управлении ВИП (фиг.), а также уменьшить пульсацию выпрямленного тока.
Краткое описание чертежей
На фиг. представлена диаграмма выпрямленного напряжения преобразователей и принцип формирования угла сдвига фаз при разнофазном управлении.
Осуществление изобретения
Предлагаемый способ разнофазного управления ВИПами электровоза переменного тока с диодными разрядными плечами может быть осуществлен программно-аппаратными методами существующих систем управления электровозами с поосным и потележечным регулированием напряжения, а также включением в них блоков расчета углов  и .
Источники информации
1. Тихменев Б.Н., Кучумов В.А. Электровозы переменного тока с тиристорными преобразователями. - М.: Транспорт, 1988. - 311 с.
2. Способ управления многозонным выпрямителем однофазного переменного тока. Пат. №2322749, Рос. Федерация: МПК Н02М 5/42 / №2006140957/09; заявл. 20.11.06; опубл. 20.04.2008.
3. Кучумов В.А., Находкин В.В., Широченко Н.Н. Технико-экономические показатели тиристорных электровозов переменного тока с разнофазным управлением // Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения. 1987, №3, С. 15-18.
4. Электровоз ВЛ85: Руководство по эксплуатации / Б.А. Тушканов, Н.Г. Пушкарев, Л.А. Позднякова и др. - Москва: Транспорт, 1995. - 480 с.
5. Способ снижения послекоммутационных колебаний напряжения на токоприемнике электровоза и устройство для его осуществления. Пат. №2435288, Рос. Федерация: МПК Н02М 7/155, Н02М 7/162, Н02М 7/12, B60L 9/12/ №2009109459/07; заявл. 16.03.2009; опубл. 27.11.2011.