Глава 6

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ И ИНВЕРТОРЫ

6.1. Общие сведения о преобразователях

Тиристорныепреобразователипредназначеныдляпреобразования переменного тока в постоянный, постоянного в переменный и переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты. Преимущества тиристорных преобразователей по сравнению с другими преобразователями неоспоримы. Они имеют небольшие габаритные размеры, высокий КПД, легки в дроблении на небольшие мощности, просты в обслуживании и обладают большой надёжностьювусловияхэксплуатации. Благодаряуказаннымпреимуществамтиристорныепреобразователинашлиширокоеприменение на электроподвижном составе, на некоторых сериях электровозов, электрическом городском транспорте, в метро, энергетике, в устройствах электрометрии и т.д.

Основные виды преобразователей электрической энергии:

—выпрямители, преобразующие мощность переменного тока в мощность постоянного тока (регулируемую);

—инверторы, преобразующие мощность постоянного тока в мощность переменного тока (регулируемую);

—преобразователи частоты, преобразующие мощность переменного тока одной частоты в мощность переменного тока другой частоты;

—импульсные преобразователи постоянного или переменного тока, преобразующие постоянный или переменный ток одного напряжения в постоянный или переменный ток другого напряжения;

—преобразователи числа фаз, преобразующие мощность переменного тока с одним числом фаз в мощность переменного тока с другим числом фаз.

118

Иногда одни преобразователи применяют в сочетании с другими, такиекакпреобразователичастотыифаз(ПЧФ), выпрямитель- но-инверторные преобразователи (ВИП) и др.

Инверторы применяются на подвижном составе, когда в режимерекуперативноготорможенияпостоянныйток, вырабатываемый тяговыми двигателями, работающими в генераторном режиме, необходимо трансформировать и отдавать в контактную сеть. Если инверторы работают на общую сеть (контактную сеть) параллельно мощными источниками переменного тока, такие инверторы называютзависимыми, иливедомымисетью, таккаккоммутационные процессы, происходящие в мощных источниках, влияют на работу инвертора. Еслиинверторынесвязанысдругимиисточниками, они называются автономными или независимыми.

6.2. Зависимые инверторы

Назначение инверторов

Инвертирование — это процесс преобразования постоянного тока в переменный ток. Ведомые сетью инверторы осуществляют преобразованиеспередачейэнергииотисточникапостоянноготока в сеть переменного тока заданной частоты, где эта энергия используетсяпотребителями. Инвертированиеприменяетсянаэлектрифицированных железных дорогах, а также на других видах электрического транспорта при рекуперативном торможении. В режиме рекуперативного торможения электрические двигатели подвижного состава переводятся в генераторный режим. Благодаря энергии движущейся массы поезда генераторы вырабатывают электрическую энергию. Через регулирующие и преобразующие устройства она передаётся (возвращается) в тяговую сеть.

При этом на валах двигателей, следовательно, на колёсных парах, реализуетсятормозноймоментивырабатываетсяэлектроэнергия, котораяможетбытьиспользованадругимиэлектровозами, или при отсутствии тяговых потребителей в данной зоне питания тяговой сети должна предаваться через преобразовательное оборудованиетяговыхподстанцийвовнешнююэнергетическуюсистему(избыточная энергия рекуперации).

Научасткахжелезныхдорог, электрифицированныхнапеременном токе, постоянный ток тяговых двигателей, переведённых в ге-

119

тём изменения угла регулирования αр. Чем больше угол регулирования, темменьшебудетвыпрямленноенапряжениеи, наконец, может достигнуть такого значения, которое будет меньше ЭДС, возникшей на зажимах электрической машины, если ее перевести в режимгенератора, начинаявращатьякорьотпостороннегоисточника энергии(кинетическаяэнергияпоездаилидругиеисточникиэнергии).

Допустим, что при αр = 60° среднее выпрямленное напряжение на зажимах электрического двигателя Udβ =Ud 0 cos αр . Преобразователь работает как выпрямитель для электрического двигателя, ЭДС которого равна Eа и находится ниже оси абсцисс (рис. 6.2, а). При αp = 90° среднее выпрямленное напряжение Udβ = 0 и преобразователь потребляет из сети только реактивную мощность, т.к. постоянная составляющая выпрямленного тока равна нулю (рис. 6.2, б). Для перехода в инверторный режим необходимо изменить направление тока в двигателе, т.е. перевести в генераторный режим и одновременно увеличить угол регулирования αр до значений, превышающих 90°. Вследствие это V1 и V2 открываются и проводят ток в основном при отрицательных значениях напряжения на вторичной обмотке (рис. 6.2, в), благодаря положительному напряжению генератора, которое поступает на аноды тиристоров через вторичные обмотки трансформатора. При этом среднее напряжение преобразователя Udи становится отрицательным и определяется как Udи = Ud0 cosα (рис. 6.2, г). Если это напряжение будет меньше ЭДС генератора Ea, то ток через нагрузку направление не изменит и будет определяться выражением Idи = (Ea−Udи)/Rd.

Таким образом, трансформатор преобразователя перешел в режим потребителя или в режим нагрузки генератора, а его напряжение является как бы встречной ЭДС для генератора. Значение Ud будет тем больше, чем больше угол регулирования αр. В режиме инвертирования угол управления тиристорным преобразователем называют углом опережения управления и обозначают буквой β. Сумма углов αр и β равна π, тогда β=π −αр, а среднее напряжение инвертораприуглеопереженияβопределяется какUdи(Udβ) =Ud0× ×cos (π − β) = –Ud0 cos β (где Ud0 — напряжение инвертора при β = 0, равное напряжению выпрямителя при αр = 0).

Устойчивая работа инвертора определяется значением угла δ, в течениекоторогодолжнывосстанавливатьсязапирающиесвойства тиристора и должно выполняться при этом условие δmin > ωtвосст (гдеtвосст — время восстановления запирающих свойств тиристора).

121