Импульсные преобразователи постоянного тока

Лекция 26.

Цель лекции: рассмотреть вопросы: электромагнитные процессы при импульсном регулировании; применение импульсных преобразователей на электроподвижном составе.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ИМПУЛЬСНОМ РЕГУЛИРОВАНИИ

Режим возврата энергии в источник. Рассмотрим схему рекупе­рации энергии от электрического двигателя постоянного тока, переведенного в режим генератора (электрическое торможение для электроподвижного состава), в источник питания (в контактную сеть) (рис. 8.11).

В режиме возврата энергии в сеть импульсный регулятор подклю­чается параллельно цепи нагрузки. В момент t = t₀ главный тиристор VT1 включается, и ток i₂ в цепи нагрузки возрастает. При этом дроссель L_н запасает энергию в магнитном поле. После выключения ти­ристора VT1 в момент t = t₁ ток нагрузки i₂ замыкается через диод VDI, включенный в данном режиме последовательно в цепь питаю­щей сети встречно напряжению u₁ питающей сети. Энергия возвраща­ется от нагрузки в источник питания. Разность напряжений нагрузки

Рис. 8.11. Схема импульсного регулятора и временное диаграммы напряжения и тока при возврате энергии в сеть постоянного тока

(двигатель) и источника (сеть) воспринимается индуктивностью L_H. Повторное включение VT1 сопровождается переключением тока /₂ в цепь ИР, а напряжение источника (сети) и_х прикладывается в обрат­ном направлении к диоду VD1.

В этом режиме напряжение и₂, как и в режиме потребления энер­гии, имеет импульсный характер. Ток сети имеет вид импульсов дли­тельностью Т—t_w аналогичный режиму потребления энергии. Соот­ношения (8.28)—(8.32) справедливы и для режима возврата энергии.

Многоквадрантный режим импульсного преобразователя. Рассмот­ренные выше схемы включения ИР соответствуют только одноква-дрантному режиму преобразования энергии, так как полярность на­пряжения и₂ и направление тока i₂ цепи нагрузки для каждой из схем неизменны.

Рассмотрим возможность реализации в схемах с ИР многоква­дрантных режимов преобразования энергии в цепях постоянного тока (рис. 8.12).

В схемах (рис. 8.12, а, б) показаны направления потоков энергии Р. Возможные области режимов работы в координатах U₂,1₂ показа­ны заштрихованными областями для соответствующего квадранта. Эти схемы можно включить совместно в такой комбинации, которая обеспечивает многоквадрантный режим работы.

На рис. 8.12, виг приведены схемы для двухквадрантного режима работы. Схема (см. рис. 8.12, в) предусматривает изменение направле­ния тока I₂, а схема (рис. 8.12, г) — напряжения U₂. В обоих случаях достигается изменение направления потока Р. В схеме с изменением направления тока I₂ предусматривается специальный коммутирую­щий дроссель L_K с выведенной средней точкой для разделения выклю­чаемого тиристора от встречно включенного диода. Этот дроссель снижает ответвление коммутирующего тока в цепь данного диода.

Схема (рис. 8.12, д) позволяет реализовать четырехквадрантный режим импульсного преобразователя. Поскольку напряжение U₂, как и ток I₂, на стороне нагрузки могут изменять направление на обрат­ное, достигается работа преобразователя во всем пространстве состо­яний. Эта схема представляет собой преобразователь постоянно-пере­менного тока, т.е. мостовую схему однофазного инвертора, обеспечи­вающую передачу энергии из цепи постоянного тока в цепь переменного тока и обратную передачу энергии.

Рис. 8,12. Схемы импульсного преобразователя постоянного тока и диаграммы многоквадрантных режимов его работы

ПРИМЕНЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НА ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ

Назначение импульсных преобразователей, применяемых на электроподвижном составе. Как известно, в классических схемах электроподвижного состава системы постоянного тока для плавного пуска коллекторных двигателей при питании от контактной сети на­пряжением 3 кВ применяются пусковые резисторы. Для повышения экономичности и плавности изменения скорости используются ИР с широтно-импульсным или частотно-импульсным регулированием тя­говых двигателей.

Импульсное регулирование напряжения тяговых двигателей, как правило, сочетается с импульсным регулированием тока возбуждения. Существуют системы независимого и совмещенного регулирования напряжения цепи якоря и тока возбуждения. На некоторых видах электроподвижного состава применяется импульсное регулирование сопротивления пусковых резисторов с регулированием тока возбуж­дения при реостатном пуске и торможении.

Впервые ИР были применены на аккумуляторном электроподвиж­ном составе. Это позволило благодаря экономичности увеличить длину пробега без заряда батареи. В нашей стране и за рубежом системы импульсного регулирования напряжения тяговых двигателей все больше применяются на электропоездах пригородных железных дорог и метрополитене, а также на многих видах магистральных маневровых и промышленных электровозов.

Импульсное регулирование напряжения тяговых двигателей. При­меняются замкнутые системы автоматического регулирования (рис. 8.15, а), в которых схема управления СУ импульсного преобразовате­ля обеспечивает требуемый алгоритм переключения тиристоров ИР с заданным коэффициентом заполнения для поддержания необходимо­го напряжения в данном режиме тяги.

Рис. 8,15. Схемы импульсного регулирования тяговых двигателей ЭПС в тяговом ре­жиме (а) и в режиме рекуперативни-реостатного торможения (б)

Рис. 8.16. Двухфазная схема включения импульсных преобразователей и временное диаграммы ее работы

В отличие от схемы тягового режима при рекуперативном тормо­жении (рис. 8.15, б) импульсный преобразователь шунтирует цепь тягового двигателя. Рекуперативное торможение при моторвагонной тяге обычно резервируется реостатным тормозом, цепь которого включается тиристором VT. Работа ИР контролируется датчиком тока ДТ посредством системы управления СУ1, а работа тиристора — датчиком напряжения ДН с помощью СУ2. При недостаточном по­треблении энергии сети повышение напряжения на входном фильтре, контролируемое ДН, вызывает включение VT, который вводит в цепь резистор R_T.

Групповое включение импульсных преобразователей на электропод­вижном составе (многофазные схемы регулирования). Выражение (8.38) показывает, что повышение частоты переключения тиристоров ИР при заданном значении Ам_с позволяет уменьшить емкость C_d (а также индуктивность L) входного фильтра. Повышение частоты выше опре­деленного значения требуется также по условиям снижения мешаю­щих влияний тяговой сети на устройства СЦБ. Но повышение часто­ты приводит к увеличению эффективных токов нагрузки и потерь энергии в СПП импульсного преобразователя, конденсаторах, реак­торах, дросселях насыщения и к снижению КПД. Повышение частоты ограничено также временем коммутационных процессов.

Повышение частоты на входе импульсного преобразователя дости­гается применением группового включения нескольких ИР. Этот спо­соб получил название многофазного импульсного регулирования. В схеме двухфазного регулирования (рис. 8.16) фазы управления для ИР1 и ИР2 сдвинуты на половину периода. Тогда при частоте управ­ления/каждой цепи частота пульсации тока в общей цепи/₇ = 2/. При синфазном управлении частота —f, мгновенное значение тока в 2 раза выше. Поэтому согласно выражению (8.38) емкость C_d при двух­фазном регулировании может быть уменьшена в 4 раза.

Дата добавления: 2014-01-07