СИЛОВОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОДНОФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока.
Известен тиристорный многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь [1], применяемый в настоящее время на электроподвижном составе. Вышеупомянутый преобразователь состоит из восьми тиристорных плеч, образующих схемы двухполупериодных мостовых выпрямителей.
Основным недостатком этого преобразователя является низкий коэффициент мощности.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является выпрямительно-инверторный преобразователь [2], содержащий несколько зон на основе параллельных последовательно соединенных диодно-транзисторных блоков образующих мост, соединенных с одной или более вторичными обмотками трансформатора, диодного плеча, образующих схему двухполупериодного мостового выпрямителя.
Недостатками данного преобразователя являются низкая удельная мощность, большие защитные снабберные цепи, недостаточная надежность и защита от коротких замыканий.
Целью предлагаемой полезной модели является увеличение и возможность корректировки коэффициента мощности, увеличение удельной мощности, надежности и устойчивости к токам короткого замыкания, снижение массогабаритных показателей.
На Фиг. 1 показан силовой полупроводниковый выпрямительно-инверторный преобразователь переменного тока. Он содержит n+m плечи 1, 4 силовых полупроводников (где n - 4, 6, 8 и т.д., m - 2, 4, 6, 8 и т.д.), образующие выпрямительные мосты. Плечо 1 состоит из последовательно включенных IGBT транзистора с соединенным встречно диодом 2 и диода 3. Плечо 4 состоит из последовательно включенных тиристоров 5. Параллельно плечам 1, 4 в включены p (где p - 0, 1, 2 и т.д.) диодных плечей 6 состоящее из диодов 7.
Параллельно плечам 1, 4, 6 подключена нагрузка 8 (например коллекторный электродвигатель постоянного тока). Питание преобразователя осуществляется от обмоток многообмоточного тягового трансформатора 9 путем подключения выводов обмоток к узлам a1, а2, а3, …, an/2 последовательного подключения плечей 1, а также к узлам b1, b2, b3, …, bm/2 последовательного подключения плечей 4. Плечи образуют схему двухполупериодного мостового выпрямителя с возможностью зонно-фазного регулирования.
На Фиг. 2 показаны режимы работы рассматриваемого выпрямительно-инверторного преобразователя (на одной из зон регулирования) - напряжение сети - U сети, напряжение на нагрузке - U нагр., ток сети - I сети рассматриваемого преобразователя, подключенного к нагрузке с индуктивным характером, ток нагрузки - I нагр.
Выпрямительно-инверторный преобразователь работает следующем образом - для питания тяговых двигателей электровоза в режиме тяги выпрямительно-инверторный преобразователь выпрямляет однофазное переменное напряжение в постоянное, при этом величина выходного напряжения и коэффициент мощности регулируется путем открытия плеч 4 с минимальным углом открытия синфазно с питающей сетью и путем открытия плеч 1 с требуемым потенциалом. Благодаря использованию в схеме тиристорных плеч 4 коммутация токов в схеме происходит естественным образом при прохождении нуля, что позволяет значительно снизить коммутационные перенапряжения на полупроводниковых элементах и уменьшить снабберные цепи. Диодное плечо 6 необходимо для перехвата тока нагрузки после смены полярности питающего напряжения.
В режиме рекуперативного торможения выпрямительно-инверторный преобразователь работает следующим образом - ТЭД переводится в генераторный режим сменой полярности на обмотке его возбуждения, на мост от цепей нагрузки подается напряжение обратной полярности, при этом ток рекуперации передается в питающую сеть от ТЭД через плечи 1 и 4 выпрямителя, и выпрямитель работает в инверторном режиме подключая плечи 1 и 4 с требуемым потенциалом.
Техническим преимуществом указанного выпрямительно-инверторного преобразователя является увеличение и возможность корректировки коэффициента мощности, увеличение удельной мощности, снижение массогабаритных показателей, увеличение надежности и устойчивости к токам короткого замыкания.
Список источников:
1. Особенности устройства и эксплуатации электровоза ВЛ80р Л.Д. Капустин, А.С. Копанев, А.Л. Лозановский М: «Транспорт» 1979 г., 178 с.
2. Патент РФ №2498490 на изобретение «Многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь и способ управления преобразователем».