AC-DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ЭЛЕКТРОВОЗА

Полезная модель относится к полупроводниковым преобразователям электрической энергии, предназначенным для преобразования переменного напряжения в регулируемое по величине постоянное напряжение, которые могут быть использованы для регулирования и стабилизации постоянного напряжения на нагрузке, в том числе в системах электроснабжения электровозов.
Известен AC-DC преобразователь для электровоза (Тяговый выпрямитель / Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи), который состоит из низкочастотного трансформатора и набора диодных выпрямителей, подключенных ко вторичным обмоткам трансформатора.
Недостатком такого преобразователя является недостаточно высокие удельные массогабаритные показатели как кг/кВА и дм.куб/кВА, так как он содержит в себе многообмоточный низкочастотный трансформатор напряжения частотой 50 Гц.
Известен AC-DC преобразователь для электровоза, (Dr. Michael Steiner, Dr. Harry Reinold. Medium Frequency Topology in Railway Applications, European PE Conf., 2-5 Sept. 2007. - Aalborg (Denmark), 2007, ISBN 9789075815108), являющийся прототипом. Преобразователь состоит из N-количества каналов преобразователей переменного напряжения в постоянное, при этом каждый канал состоит из каскада блоков, а именно блока активного выпрямителя, блока автономного высокочастотного однофазного инвертора, блока высокочастотного однофазного трансформатора, блока управляемого выпрямителя.
Недостатком такого преобразователя является его сложность из-за большого количества блоков в каждом канале и соответственно большого количества активных элементов в блоках и в преобразователе в целом, обусловленная четырьмя блоками (ступенями) преобразования энергии в каждом канале.
Задачей (техническим результатом) предлагаемой полезной модели является упрощение AC-DC преобразователя.
Поставленная задача достигается тем, что AC-DC преобразователь для электровоза, состоит из N каналов, каждый из которых содержит высокочастотный трансформатор, ключи, конденсаторы и реакторы, причем к первичной стороне высокочастотного трансформатора подключен входной реактор, ключ переменного тока и входной накопительный конденсатор, а ко вторичной стороне трансформатора подключены выходной накопительный конденсатор и диод выпрямителя, при этом каждый последующий канал подключен через свой входной реактор ко второму выводу первичной обмотки трансформатора предыдущего канала, а по выходам все каналы через выходные фильтровые реакторы объединены параллельно и подключены к нагрузке.
На фиг. 1 приведена схема предлагаемого преобразователя на примере трехканального преобразователя; на фиг. 2 и фиг. 3 представлены эпюры напряжений и токов на входе и выходе преобразователя, соответственно.
Предлагаемый преобразователь (фиг. 1) является однофазным, он состоит из N идентичных каналов (в данном примере из трех каналов 1, 2 и 3), первый канал содержит в себе входной реактор 4 одним выводом подключен к источнику, во втором канале последовательно ко второму выводу первичной обмотки трансформатора и т.д.), к которой последовательно подключен первый накопительный конденсатор 5 и ключ переменного тока 6, вторым выводом ключ переменного тока подключен ко второму выводу первичной обмотки трансформатора 7. К второму выводу конденсатора 5 подключена первичная обмотка трансформатора 7. К первому выводу вторичной обмотки трансформатора 7 последовательно подключен второй накопительный конденсатор 8 и выходной реактор 9, а к месту их соединения подключен первый электрод выпрямительного диода 10, а его второй электрод подключен ко второму выводу вторичной обмотки трансформатора 7. Этот вывод является общим выводом первого канала и наряду с вторым выводом выходного реактора 9 образуют выход напряжения канала. Аналогично первому каналу выполнены и остальные каналы. Элементы 11-17 второго канала и элементы 18-24 третьего канала соединены в своих каналах также, как соответствующие элементы 4, 5. 6, 7, 8, 9, 10 первого канала. Выходы напряжений каждого канала объединяется параллельно в общую выходную шину постоянного тока, которая подключается к конденсатору фильтра нагрузки 25 и сопротивлению нагрузки 26. Источник питания 27 преобразователя подключен одним своим выводом к входному реактору 4 первого канала и второму выводу первичной обмотки трансформатора последнего (третьего) канала.
Устройство работает следующим образом (на примере, когда количество каналов N=3): ключ 6 и диод 10 работают попеременно, т.е. когда ключ 6 находится в проводящем состоянии, ключ 10 находится в непроводящем состоянии. Управляющие импульсы ключей 13 и 20 сдвинуты на 360/N (где N=3) градусов относительно ключа 6. В первый момент времени, когда ключ 6 находится в проводящем состоянии, в реакторе 4 происходит запасание энергии. Затем ключ 6 размыкается, и энергия, запасенная во входном реакторе 4, складываясь с энергией источника 27, заряжает входной накопительный конденсатор 5, передается через трансформатор 7 и запасается во втором накопительном конденсаторе 8, в то время, пока проводит диод 10. При управлении обеспечивается равенство вольт-секундных интегралов положительного и отрицательного импульсов напряжения на первичной обмотке трансформатора.
Канал 3 работает аналогичным образом со сдвигом в импульсах управления ключами в 360/3 градусов. Затем, выходы напряжений каждого канала через выходные фильтровые реакторы 9, 16, 23 объединяется параллельно в общую выходную шину постоянного тока.
Таким образом, предлагаемый преобразователь является более простым, за счет того, что содержит в себе меньшее количество активных элементов, а именно один ключ в канале вместо четырех как в прототипе, за счет меньшего количества блоков преобразования в каждом канале.