Силовой выпрямительно-инверторный преобразователь для транспортного средства

Полезная модель относится к силовым полупроводниковым выпрямительно-инверторным преобразователям, преобразующим переменный ток промышленной частоты 50 Гц в постоянный. Заявляемый силовой полупроводниковый выпрямительно-инверторный преобразователь предназначен для питания тяговых двигателей постоянного тока электровозов переменного тока и шунтирования выпрямленного тока диодами.
При разработке конструкции заявляемого преобразователя решалась задача, состоящая в необходимости создания оригинального преобразователя, позволяющего обеспечить управление выпрямленного выходного напряжения для питания тяговых двигателей и перевод накопленной энергии индуктивности цепи выпрямленного тока в нагрузку путем шунтирования цепи выпрямленного тока диодом, обеспечении удобного доступа для технического обслуживания основных функциональных блоков, возможности проведения агрегатного ремонта, а также необходимость соответствия жестким ограничениям по массе и габаритам.
Известны силовые полупроводниковые преобразователи переменного тока в постоянный для питания тяговых двигателей постоянного тока. Так известен выпрямитель ВУК-4000Л [1] для питания тяговых двигателей электровозов ВЛ80Т и ВЛ80К. Выпрямительная установка представляет собой выпрямительный мост на лавинных диодах, обеспечивающий питание двух параллельно соединенных тяговых двигателей электровоза. Основным недостатком установки является невозможность осуществления управления выпрямленного напряжения и перевода накопленной энергии индуктивности цепи выпрямленного тока в нагрузку.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является выпрямительно-инверторный преобразователь ВИП2-2200М [2], выбранный в качестве прототипа, предназначенный для выпрямления однофазного переменного тока частоты 50 Гц в постоянный в режиме тяги и для преобразования постоянного тока в однофазный переменный ток частоты 50 Гц в режиме рекуперативного торможения электровоза, выполненный в виде сварного каркаса из профильной стали, в котором крепятся все другие блоки и элементы. На лицевой и обратной сторонах преобразователя расположены тиристорные блоки, образующие с помощью соединительных шин переменного и постоянного тока восемь плеч однофазного моста, по четыре плеча на каждой стороне, на боковой стороне расположены блоки выравнивания напряжения, а в верхней части каркаса установлены блоки формирования импульсов управления и блоки импульсных трансформаторов для управления тиристорами. Индуктивные делители тока установлены с обоих краев и в центре преобразователя. Выходные шины постоянного тока служат для подключения двух параллельно соединенных тяговых двигателей электровоза. Основным недостатком известного преобразователя является невозможность перевода накопленной энергии индуктивности цепи выпрямленного тока в нагрузку, что приводит к снижению коэффициента мощности выпрямителя. Кроме того, известное устройство содержит энергоемкие и материалоемкие индуктивные делители тока, актуальность в которых отпала в связи с появлением современных полупроводниковых приборов.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание оригинальной конструкции выпрямительно-инверторного преобразователя для транспортного средства, отличающегося от известных расширенными функциональными возможностями за счет обеспечения перевода накопленной энергии индуктивности цепи выпрямленного тока в нагрузку, а также компактностью со строго ограниченными размерами по месту размещения в высоковольтной камере электровоза.
Технический результат - повышение эффективности работы преобразователя путем расширения его функциональных возможностей за счет обеспечения повышения коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя в результате перевода накопленной энергии индуктивности цепи выпрямленного тока в нагрузку.
Предлагается силовой выпрямительно-инверторный преобразователь, выполненный в виде сварного каркаса из профильной стали, на торцевых наружных стенках которого установлены защитные RC-цепи и выравнивающие резисторы, а на торцевых внутренних стенках установлены блоки формирования управляющих импульсов и блоки импульсных трансформаторов, в верхней раме каркаса закреплены клеммные блоки для подключения микропроцессорной системы управления движением электровоза и разъем для подключения выносной диагностики, на лицевой и обратной сторонах каркаса установлены блоки тиристоров, соединенные токопроводящими шинами таким образом, что на передней и задней сторонах каркаса получено по одному однофазному мосту, состоящему из восьми плеч, на лицевой стороне расположено диодное плечо с защитными RC-цепями и выравнивающими резисторами, на лицевой стороне размещены четыре контакта для подключения входного переменного напряжения, также имеются выходные контакты для подключения тяговых двигателей электровоза и шунтирующих диодов.
Заявляемое техническое решение может быть признано соответствующим требованиям новизны, поскольку не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам предлагаемого объекта защиты.
Техническое решение можно признать имеющим изобретательский уровень, поскольку оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости, поскольку оно предназначено для применения в модернизируемых электровозах.
На Фиг. 1 представлена блок-схема расположения конструктивных элементов в предлагаемом выпрямительно-инверторном преобразователе.
Преобразователь имеет блочную конструкцию для обеспечения его ремонта без демонтажа из высоковольтной камеры. Размещение блоков и узлов выполнено с учетом удобства обслуживания и монтажа при эксплуатации.
Конструктивно преобразователь выполнен в виде сварного каркаса 1 из профильной и листовой стали и предназначен для размещения в высоковольтном отсеке кузова. На лицевой стороне каркаса 1, где крепится заводской щиток 2, расположены тиристорные блоки 4 и блоки диодов 16. Из блоков диодов 16 собрано плечо диодов, которое состоит из двух последовательных и двух параллельно включенных блоков диодов 16. При этом расположение плеч и маркировка тиристоров и диодов указаны на табличках 3, расположенных с двух сторон каркаса 1. На внутренних торцевых стенках каркаса 1 закреплены четыре блока управления 5. На внешних торцевых стенках каркаса 1 закреплены панели высоковольтных резисторов 6 и конденсаторы защитных RC цепей 7.
В нижней части каркаса 1 по центру расположены панели высоковольтных резисторов 18, конденсаторы RC-цепей 19 плеча диодов. На обратной стороне по центру блока силового 21 расположены заглушки 20.
В верхней части каркаса 1 расположены клеммник питания 8 для подключения питания, клеммник управления 9 для подключения микропроцессорной системы управления движением электровозом и разъем диагностики 10 для диагностирования тиристорных блоков 4 и блоков диодов 16, переключатель диагностики плеч 15. Для подключения входного переменного тока служат клеммы 11, а для подключения тяговых двигателей клеммы 12. Для подключения шунтирующих диодов служит клемма 17. В верхней части каркаса 1 имеются болты заземления 13. Для погрузки и транспортирования имеет грузовые скобы 14.
Принцип работы выпрямительно-инверторного преобразователя заключается в следующем: преобразователь монтируют в высоковольтной камере электровоза, шины переменного тока соединяют со вторичными обмотками тягового трансформатора электровоза, шины постоянного тока соединяют с тяговыми двигателями электровоза, подключают блок питания, блок диагностики и микропроцессорную систему управления движением электровоза. При поступлении сигналов управления микропроцессорной системы управления движением электровоза на входные клеммы блоков формирования управляющих импульсов тиристорные плечи переходят в открытое состояние, на шинах постоянного тока появляется напряжение, необходимая величина которого задается системой управления движения электровоза, алгоритм работы диодов задается также микропроцессорной системой управления движением электровоза, контроль исправности блоков тиристоров и блока шунтирующих диодов блоком диагностики, расположенным вне высоковольтной камеры.
Все предложенные конструктивные изменения позволили осуществить возможность шунтирования цепи выпрямленного тока тяговых двигателей электровоза и улучшить технические и эксплуатационные характеристики, повысить КПД, коэффициент мощности, эксплуатационную надежность, уменьшить материалоемкость, снизить трудоемкость, повысить технологичность и удобство монтажа, улучшить ремонтопригодность предлагаемого выпрямительно-инверторного преобразователя
Источники информации:
1. Справочник по элекроподвижному составу, тепловозам и дизельпоездам. Под редакцией А.И. Тищенко, T.I.M., «Транспорт»; 1976 г.
2. Особенности устройства и эксплуатации электровоза ВЛ80Р. Капустин Л.Д., Копанев А.С., Лозановский А.Л., М, «Транспорт»; 1979 г.