Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
12. Глава 8.doc
Скачиваний:
6
Добавлен:
13.11.2018
Размер:
942.59 Кб
Скачать

8. Тяговые преобразователи электрических передач локомотивов

8.1. Тяговые выпрямительные установки

Тяговые выпрямительные установки широко применяются в электрических передачах локомотивов переменно-постоянного и переменного тока.

Однофазный четырехплечий мостовой выпрямитель является двухтактным выпрямителем. Это означает, что одному периоду изменения входного переменного напряжения соответствует два такта выходного выпрямленного напряжения (см. рис 8.1. а). Качество выпрямления напряжения оценивается коэффициентом пульсации, который определяется соотношением амплитуды переменной составляющей и среднего значения выпрямленного напряжения. Для однофазного мостового выпрямителя коэффициент пульсации равен kq = 0,66. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения применяют специальные сглаживающие фильтры. Так, на электровозах переменного тока для этих целей используют индуктивные шунты и сглаживающие реакторы.

Трехфазный шестиплечий мостовой выпрямитель является шеститактным выпрямителем. В этом случае одному периоду изменения напряжения одной фазы соответствует шесть тактов выпрямленного напряжения (рис. 6.1. б). Качество выпрямления напряжения при такой схеме существенно выше, коэффициент пульсации равен kq = 0,057.

В электрических передачах тепловозов переменно-постоянного и переменного тока тяговые выпрямительные установки состоят из двух трехфазных шестиплечих выпрямительных мостов, соединенных параллельно (см. рис. 8.2.). Статорные обмотки тягового синхронного генератора соединены в две звезды, сдвинутые друг относительно друга на 300эл. Каждая звезда подключена к своему трехфазному шестиплечему выпрямительному мосту. Сдвиг звезд тягового синхронного генератора на 300эл. приводит к еще большему уменьшению амплитуды пульсаций выпрямленного напряжения. Схема получается 12-тактной, качество выпрямления напряжения становится еще выше. Это полностью устраняет необходимость применения сглаживающих фильтров. Коэффициент пульсации при такой схеме равен kq = 0,03.

В одном плече трехфазного выпрямительного моста диоды соединены в параллельные ветви. Каждая параллельная ветвь содержит несколько последовательно включенных диодов. Трехфазные мосты выпрямительных установок современных тепловозов могут содержать только шесть мощных диодов – по одному диоду в плече, а тяговая выпрямительная установка в этом случае состоит всего из 12 диодов.

8.2. Тяговые автономные инверторы

8.2.1. Автономные инверторы тока

Автономные инверторы тока (АИТ) служат для преобразования постоянного тока в переменный, регулируемый по частоте. АИТ находят широкое применение в электрических передачах переменного тока.

Инвертор тока – исторически первый тип автономного инвер­тора – характеризуется двумя отличительными энергетическими признаками. Во-первых, его входная цепь есть цепь со свойствами источника постоянного тока, а функция его вентилей сводится к периодическому переключению направления этого тока в выход­ной цепи. Значит, на выходе вентильного коммутатора будет пере­менный ток (или, иначе говоря, периодически переключаемый по направлению постоянный ток), т.е. цепь со свойствами источника переменного тока. Во-вторых, нагрузкой инвертора тока должна быть цепь со свойствами, близкими к источнику напряжения, т.е. с малым внутренним динамическим сопротивлением, допускающим протекание через него скачкообразно меняющегося тока. Практи­чески это обеспечивается включением конденсатора на выход вентильного коммутатора, что позволяет подключить после него лю­бую реальную нагрузку с индуктивностью, не допускающей скач­ков тока.

Прямоугольный характер тока на выходе вентильного комплекта инвертора тока обусловливает близкую к прямоугольной (точнее, трапецеидальной) форме выход­ного напряжения инвертора на низких частотах, когда время пере­заряда коммутирующей емкости становится малым по сравнению с длительностью полупериода выходного напряжения. Это ограни­чивает нижнюю рабочую частоту инвертора тока с простым алгоритмом управления.

Автономные инверторы тока выполняют на полупроводниковых ключах, обладающих односторонней проводимостью, в качестве которых могут использоваться полностью управляемые ключи (транзисторы, запираемые тиристоры) и обычные тиристоры с дополнительными устройствами конденсаторной коммутации (на рис. 8.3 – Са, Сb, Сс).

Автономный инвертор тока на полностью управляемых ключах - тиристорах VS1 – VS6 (рис. 8.3) – при помощи сглаживающего реактора Ld подключают к источнику напряжения Е, к его выходам подсоединяют фазы нагрузки – асинхронного тягового двигателя (АД). На тепловозе напряжение Е можно получить, снимая напряжение тягового синхронного генератора СГ, выпрямленное выпрямителем ВУ. Система управления инвертором (МСУ) подает отпирающие импульсы на все тиристоры в определенной последовательности с частотой, определяемой задающим генератором по сигналу от автоматической системы регулирования (на рис. 8.3 не показана).

Рис. 8.3. Принципиальная схема автономного инвертора тока

на полностью управляемых тиристорах

Если тиристоры VS1 – VS6 периодически включать и выключать в соответствии с диаграммой, представленной на рис. 8.4, то ток в нагрузке при соединении фаз асинхронного тягового двигателя по схеме «звезда» будет иметь форму прямоугольных положительных импульсов попеременно положительной и отрицательной полярности длительностью 120°эл., с постоянной амплитудой Id. При этом тиристоры VS1 – VS6 выполняют функцию распределения тока Id по фазам нагрузки.

Отличительной особенностью автономного инвертора тока является возможность двустороннего обмена энергией между питающей его сетью и двигателем с нереверсивным выпрямителем ВУ за счет изменения направления противо-эдс инвертора и сохранения направления в нем выпрямленного тока.

Качество выходного напряжения инвертора тока можно значи­тельно улучшить, если применить на низких выходных частотах широтно-импульсный способ формирования кривой выходного то­ка вентильного комплекта инвертора.

Рис. 8.4. Диаграмма тока на выходе автономного инвертора тока

Улучшение формы выходного тока инвертора достигается формированием каждого полупериода тока в виде последовательности импульсов тока, длительность которых изменяется по трапецеидальному закону (рис. 8.5).

Такой алгоритм управления просто реализуется с учетом особенности трехфазно­го инвертора тока – наличия включенными в любой момент времени одного вентиля катодной группы моста инвертора и одного вентиля анодной группы. Конденсаторы С на выходе инвертора выполняют функцию «энергетического буфера» между импульсами источника тока, каким по выходу является инвертор тока, и нагрузкой, как правило, содержащей последовательный реак­танс индуктивного характера (асинхронных тяговых двигателей), не допускающий скачков тока в них.

Рис. 8.5. Диаграмма напряжения и тока

на выходе автономного инвертора тока

Таким образом, автономные инверторы тока, имеют следующие свойства:

  • существенную зависимость величины и формы выходного напря­жения от величины и характера нагрузки в классическом варианте инвертора. Ограничение на минимум нагрузки диктуется допусти­мой степенью возрастания напряжения на выходе инвертора. Ог­раничения на максимум нагрузки обусловлены требованием вос­становления управляющих свойств тиристоров. Влияние измене­ния частоты выходного напряжения на его величину такое же, как влияние изменения нагрузки;

  • большую величину индуктивности реактора в звене постоян­ного тока для реализации режима источника тока, что ухудшает массогабаритные показатели инвертора тока. Пульсация амплиту­ды импульсов тока инвертора обусловлена конечным значением индуктивности реактора Ld на выходе инвертора, подключенного к трехфазному мостовому выпрямителю;

  • большую инерционность регулирования выходного напря­жения за счет регулирования входного напряжения инвертора из-за большой электромагнитной постоянной времени реактора в зве­не постоянного тока;

  • возможность улучшения гармонического состава выходного напряжения инвертора прежде всего при низких частотах методом широтно-импульсного формирования токов вентилей, особенно при использовании алгоритмов векторной широтно-импульсной модуляции тока по синусоидальному закону;

  • благоприятный с позиций электромагнитной совместимости режим нагрузки источника входного напряжения постоянным то­ком со входа инвертора тока.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]