ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ПИТАНИЕМ ОТ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ПИТАНИЕМ ОТ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА


RU (11) 2281599 (13) C2

(51) МПК
H02P 7/14 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
к патенту Российской Федерации 
Статус: по данным на 23.11.2006 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2006.08.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2004130754/09 
(22) Дата подачи заявки: 2004.10.21 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.10.21 
(43) Дата публикации заявки: 2006.04.10 
(45) Опубликовано: 2006.08.10 
(56) Аналоги изобретения: SU 590843 A1, 30.01.1978. SU 731543 A1, 19.10.1997. GB 1594572 A1, 30.07.1981. 
(72) Имя изобретателя: Рабинович Михаил Даниилович (RU); Кривной Александр Михайлович (RU); Литовченко Виктор Васильевич (RU); Ярец Валерий Владимирович (RU); Чирин Сергей Иванович (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Закрытое акционерное общество "ОТРАСЛЕВОЙ ЦЕНТР ВНЕДРЕНИЯ НОВОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ" (RU) 
(98) Адрес для переписки: 129626, Москва, ул. 3-я Мытищинская, 10, стр.8, ЗАО "ОТРАСЛЕВОЙ ЦЕНТР ВНЕДРЕНИЯ НОВОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ", М.Д. Рабиновичу 

(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ПИТАНИЕМ ОТ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Изобретение относится к области преобразовательной техники преимущественно транспортного назначения и предназначено, в частности, для электроподвижного состава с полупроводниковыми преобразователями, получающими питание от сети переменного тока. Техническим результатом является повышение коэффициента мощности электровоза за счет уменьшения длительности коммутации в выпрямительном преобразователе. Полупроводниковый преобразователь транспортного средства с питанием от сети переменного тока содержит выпрямитель, выполненный по мостовой схеме и соединенный с выводами вторичной обмотки тягового трансформатора, первичная обмотка которого подключена к питающей сети. Нагрузка - сглаживающий реактор, обмотки якоря и возбуждения тягового двигателя подключена к выходу выпрямителя. Сглаживающий реактор выполнен с двумя магнитно-связанными обмотками - основной и вспомогательной, причем основная обмотка сглаживающего реактора включена последовательно с тяговым двигателем. Конденсатор, буферный вентиль и включающий блок соединены последовательно и подключены к выходу выпрямителя. Шунтирующий диод включен параллельно конденсатору, а зарядный диод и вспомогательная обмотка сглаживающего реактора, соединенные последовательно, также подключены параллельно конденсатору. 4 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области преобразовательной техники преимущественно транспортного назначения и предназначено, в частности, для электроподвижного состава с полупроводниковыми преобразователями, получающими питание от сети переменного тока.

Известен полупроводниковый преобразователь транспортного средства с питанием от сети переменного тока, содержащий выпрямитель, подсоединенный к выводам вторичной обмотки тягового трансформатора, и нагрузку, состоящую из сглаживающего реактора и тягового двигателя [1]. Регулирование выпрямленного напряжения производится путем открытия полупроводниковых вентилей в моменты времени, соответствующие регулируемому углу, который не может быть меньше наименьшего допустимого угла открытия вентилей, в начале каждого полупериода напряжения [1, стр.65]. Недостатком известного является задержка начала коммутации в выпрямителе на наименьший допустимый угол, вызывающая снижение выпрямленного напряжения и увеличение сдвига по фазе между током и напряжением питающей сети, что снижает коэффициент мощности электровоза и ухудшает его энергетические показатели.

В качестве прототипа изобретения целесообразно принять полупроводниковый преобразователь транспортного средства с питанием от сети переменного тока, содержащий выпрямитель, выполненный по мостовой схеме и подсоединенный к выводам вторичной обмотки тягового трансформатора, первичная обмотка которого подключена к питающей сети, нагрузку, состоящую из сглаживающего реактора, обмотки якоря и обмотки возбуждения тягового двигателя и подключенную к выходу выпрямителя, буферный вентиль и включающий блок [2]. В прототипе повышение энергетических показателей достигается включением буферного вентиля, которым шунтируют нагрузку. Увеличение коэффициента мощности объясняется тем, что нет вынужденного протекания тока нагрузки против ЭДС трансформатора.

Недостаток известного заключается в неполной компенсации реактивной мощности, которая является следствием как индуктивного характера нагрузки, так и длительности процесса коммутации в выпрямительном преобразователе электровоза.

Техническим результатом является повышение коэффициента мощности электровоза за счет уменьшения длительности коммутации в выпрямительном преобразователе.

Существенные отличительные признаки предложения заключаются в том, что в полупроводниковый преобразователь дополнительно введены конденсатор, два диода - шунтирующий и зарядный, а сглаживающий реактор выполнен с двумя магнитно-связанными обмотками - основной и вспомогательной, причем основная обмотка сглаживающего реактора включена последовательно с тяговым двигателем, конденсатор, буферный вентиль и включающий блок соединены последовательно и подключены к выходу выпрямителя, шунтирующий диод включен параллельно конденсатору, соединенные последовательно зарядный диод и вспомогательная обмотка сглаживающего реактора также подключены параллельно конденсатору.

Введение в устройство совокупности новых элементов (сглаживающий реактор с двумя магнитно-связанными обмотками, конденсатор, шунтирующий и зарядный диоды) и их взаимосвязи позволяют уменьшить длительность коммутации в выпрямительном преобразователе. При этом потребление реактивной мощности из питающей сети уменьшается, а коэффициент мощности увеличивается.

Это обусловлено тем, что предварительно заряженный от вспомогательной обмотки сглаживающего реактора конденсатор шунтирует цепь тока тягового двигателя до момента снижения напряжения на выходе выпрямительного преобразователя до нуля и тем самым уменьшает ток во вторичной обмотке тягового трансформатора до начала коммутации в выпрямителе. Коммутация тока в выпрямителе начинается при меньших значениях тока в обмотке трансформатора, что сокращает ее длительность, смещает ток в сторону опережения и увеличивает коэффициент мощности электровоза.

Другим преимуществом предлагаемого устройства является снижение потери выпрямленного напряжения, связанного с процессом коммутации, и увеличение среднего значения выпрямленного напряжения.

На чертежах, представленных ниже, поясняются признаки и преимущества настоящего изобретения. В частности, показаны:

фиг.1 - схематическое изображение полупроводникового преобразователя транспортного средства с питанием от сети переменного тока;

фиг.2 - диаграммы тока и напряжения электровоза, соответствующие работе полупроводникового преобразователя прототипа;

фиг.3 - диаграммы тока и напряжения электровоза, соответствующие работе полупроводникового преобразователя в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.4 - совмещенные диаграммы токов и напряжения электровоза, подтверждающие преимущества предлагаемого устройства.

Одинаковые, повторяющиеся, детали на чертежах обозначены одинаковым образом.

На фиг.1 полупроводниковый преобразователь транспортного средства с питанием от сети переменного тока 1 содержит тяговый трансформатор 2 и выпрямитель 3. К выходу выпрямителя подключена нагрузка: тяговый двигатель 4 и сглаживающий реактор 5. Выпрямитель 3 соединен своими входами с выводами вторичной обмотки тягового трансформатора 2. Обмотки якоря 6 и возбуждения 7 тягового двигателя 4 соединены последовательно. Сглаживающий реактор 5 выполнен с двумя магнитно-связанными обмотками - основной 8 и вспомогательной 9, причем основная обмотка 8 сглаживающего реактора 5 соединена последовательно с тяговым двигателем 4. Конденсатор 10, буферный вентиль 11 и включающий блок 12 (например, контактор) соединены последовательно и подключены к выходу выпрямителя 3. Шунтирующий диод 13 включен параллельно конденсатору 10. Последовательно соединенные зарядный диод 14 и вспомогательная обмотка 9 сглаживающего реактора 5 также подключены параллельно конденсатору 10.

На фиг.2 показаны диаграммы напряжения u1 на первичной обмотке трансформатора 2 и тока i1, потребляемого из питающей сети, при работе схемы в соответствии с прототипом. Длительность интервала коммутации в выпрямительном преобразователе обозначена 0.

На фиг.3 показаны диаграммы напряжения u1 на первичной обмотке трансформатора 2 и тока i 1, потребляемого из питающей сети, при работе схемы в соответствии с предложением. Длительность интервала коммутации в выпрямительном преобразователе обозначена 0.

На фиг.4 показаны совмещенные диаграммы напряжений u1 и токов i1 для одного и того же режима работы схемы прототипа и предложения. Длительности интервалов коммутации обозначены 0 и соответственно.

Предложенное устройство работает следующим образом.

При питании тягового двигателя 4 от выпрямителя 3 изменяют угол включения тиристоров и тем самым регулируют среднее значение выпрямленного напряжения. Для сглаживания пульсаций выпрямленного тока последовательно с двигателем включена основная обмотка 8 сглаживающего реактора 5. При этом, если включающий блок отключен (контактор 12 разомкнут), то в начале каждого полупериода (на фиг.2 моменты времени 1.505 с и 1.515 с соответственно) в выпрямителе начинается коммутация тока продолжительностью 0. Длительность коммутации определяется начальным (например, i1(1.505 с)) и конечным (например, i 1(1.505 с+ 0)) значениями тока i1. Величина угла коммутации 0 определяет сдвиг по фазе между основными гармониками тока i1 и напряжения u1 и соответственно коэффициент мощности электровоза, а также потерю выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя.

При включенном включающем блоке (контактор 12 замкнут) и питании тягового двигателя 4 от выпрямителя 3 в каждый полупериод к основной обмотке 8 сглаживающего реактора 5 прикладывается напряжение, имеющее форму отрезков синусоиды. При этом от вспомогательной обмотки 9 через диод 14 заряжается конденсатор 10. Так как напряжение на конденсаторе до момента начала коммутации (например, 1.505 с) будет больше 0, то диод 11 смещается в прямом направлении и цепь из последовательно соединенных конденсатора 10, диода 11 и контактора 12 шунтирует выход выпрямителя 3 и ток i1 начинает снижаться. Шунтирующий диод 13 исключает возможность перезаряда конденсатора 10 и тем самым появление отрицательного напряжения на выходе выпрямителя. Коммутация тока в выпрямителе (фиг.3) начнется при меньшем значении тока (например, i1(1.505 с)), а ее продолжительность уменьшится. На совмещенных диаграммах токов (фиг.4) видно, что угол .

Снижение угла коммутации уменьшает сдвиг по фазе между основными гармониками тока i1 и напряжения u1 и увеличивает коэффициент мощности электровоза, а потеря выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя снижается.

Технико-экономическая эффективность предложения определяется тем, что при его использовании уменьшается реактивная мощность, потребляемая от источника питания, и соответственно повышается коэффициент мощности электровоза. Также уменьшаются пульсации выпрямленного тока, и увеличивается среднее значение выпрямленного напряжения.

Источники информации

1. Электровоз ВЛ80Р. Руководство по эксплуатации./ Под ред. Б.А.Тушканова. - М.: Транспорт, 1985. - 541 с.

2. А.С. №590843 Способ управления тиристорным преобразователем. Авторы изобретения Б.И.Хоменко, Б.М.Наумов и В.П.Шахов. - Опубл. в БИ №4 1978 г. МКИ Н 02 Р 13/16//В 60 L 9/12.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Полупроводниковый преобразователь транспортного средства с питанием от сети переменного тока, содержащий выпрямитель, выполненный по мостовой схеме и подсоединенный к выводам вторичной обмотки тягового трансформатора, первичная обмотка которого подключена к питающей сети, нагрузку, состоящую из сглаживающего реактора, обмотки якоря и обмотки возбуждения тягового двигателя и подключенную к выходу выпрямителя, буферный вентиль и включающий блок, отличающийся тем, что в него дополнительно введены конденсатор, два диода - шунтирующий и зарядный, а сглаживающий реактор выполнен с двумя магнитно-связанными обмотками - основной и вспомогательной, причем основная обмотка сглаживающего реактора включена последовательно с обмоткой якоря и обмоткой возбуждения тягового двигателя, конденсатор, буферный вентиль и включающий блок соединены последовательно и подключены к выходу выпрямителя, шунтирующий диод включен параллельно конденсатору, последовательно соединенные зарядный диод и вспомогательная обмотка сглаживающего реактора также подключены параллельно конденсатору.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru