Преобразователь однофазно-постоянного тока

Преобразователь однофазно-постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области электрифицированного железнодорожного транспорта и предназначено для электровозов переменного тока с плавным регулированием напряжения.

Общеизвестно, преобразователь однофазно-постоянного тока имеет достаточно высокое значение коэффициента полезного действия и низкий показатель среднего значения выпрямленного напряжения, что обуславливает высокое энергопотребление двигателя.

Одна из проблем существующих электровозов с зонно-фазным регулированием заключается в снижении энергопотребления двигателя за счет повышения среднего значения выпрямленного напряжения.

Известен преобразователь однофазно-постоянного тока [Электровоз ЭП-1: Руководство по эксплуатации Новочеркаск.: Новочеркасский электровозостроительный завод, 2006, - 580 с.], основанный на принципе зонно-фазного регулирования.

Преобразователь однофазно-постоянного тока содержит тяговый трансформатор, выпрямительно-инверторный преобразователь, нагрузку, состоящую из последовательно соединенных двигателя и индуктивного сопротивления.

Тяговый трансформатор представляет собой одну первичную и три секции I, II, III вторичной обмотки.

Выпрямительно-инверторный преобразователь содержит восемь плеч, образующих мостовую схему, представленную четырьмя параллельно соединенными цепочками вентилей.

Каждая цепочка состоит из пары плеч, соединенных последовательно в общей точке. Каждое плечо выпрямительно-инверторного преобразователя представляет собой последовательно соединенные два тиристора.

Выводы каждой секции вторичной обмотки трансформатора подсоединены к соответствующим общим точкам последовательно соединенных плеч, которые являются входом ВИП. При этом секция I вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам первой и второй цепочки, секция II вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам второй и третьей цепочки, секция III вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам третьей и четвертой цепочки.

Выпрямительно-инверторный преобразователь обеспечивает четыре зоны регулирования. При этом первая зона регулирования образована секцией II вторичной обмотки трансформатора, второй и третьей цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя. Вторая зона регулирования образована I и II секцией вторичной обмотки трансформатора и первой, второй, третьей цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя. Третья зона регулирования образована I, II и III секцией вторичной обмотки трансформатора и первой, второй, четвертой цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя.

Последовательно соединенные индуктивное сопротивление и двигатель подключены параллельно к выпрямительно-инверторному преобразователю в точках соединения цепочек преобразователя.

Для управления выпрямительно-инверторным преобразователем к управляющим входам тиристоров плеч выпрямительно-инверторного преобразователя подключен блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем.

Преобразователь однофазно-постоянного тока работает следующим образом.

Трансформатор передает переменное напряжение вторичной обмотки необходимого уровня на вход выпрямительно-инверторного преобразователя.

Подключение секций вторичной обмотки трансформатора осуществляется открытием соответствующих плеч выпрямительно-инверторного преобразователя в выпрямительном и инверторном режимах в соответствии алгоритмом работы блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя.

Блок управления выпрямительно-инверторного преобразователя в соответствии с заданным алгоритмом подает на тиристоры преобразователя управляющие импульсы.

При обеспечении работы в выпрямительном и инверторном режимах используют четыре типа управляющих импульсов:

1) нерегулируемые импульсы а, подаваемые в начале полупериода, фаза которых соответствует минимальному углу открытия тиристоров, равным α₀=4,5 эл.град;

2) нерегулируемые импульсы α_0з, подаваемые в начале полупериода, но задержанные по фазе для исключения неоткрытия плеч;

3) регулируемые по фазе импульсы α_рег, предназначенные для плавного подключения вторичной обмотки трансформатора;

4) импульсы β, подаваемые на тиристоры выпрямительно-инверторного преобразователя в режиме рекуперации.

Под воздействием управляющих импульсов открываются тиристоры плеч выпрямительно-инверторного преобразователя. Для открытия тиристоров выпрямительно-инверторного преобразователя требуется некоторый уровень напряжения между его анодом и катодом. Поскольку управляющие импульсы α₀ и α_0з, подаются на тиристоры в начале полупериода, открытие тиристоров выпрямительно-инверторного преобразователя импульсами α₀ и α_0з, осуществляется с некоторой задержкой относительно начала полупериода сетевого напряжения, при котором достигается необходимый для их открытия уровень напряжения между анодом и катодом. В результате, на интервале от 0 до α₀ выпрямленное напряжение имеет отрицательную полярность, что негативно влияет на среднее значение выпрямленного напряжения. Задержка открытия тиристоров в известном выпрямительно-инверторном преобразователе определяется углом α₀=9 эл.град, который гарантирует открытие плеч выпрямительно-инверторного преобразователя.

Открытие соответствующих плеч выпрямительно-инверторного преобразователя приводит к подключению секций I, II, III вторичной обмотки трансформатора в зависимости от зоны регулирования.

Первая зона в режиме тяги.

На первой зоне регулирования в работе находятся вторая и третья цепочки выпрямительно-инверторного преобразователя. В соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя на тиристоры этих цепочек подаются регулируемые по фазе импульсы α_рег, нерегулируемые по фазе импульсы α₀ и задержанные по фазе импульсы α_0з. Причем импульсы α_рег, регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения. После открытия тиристоров соответствующих плеч второй и третьей цепочек выпрямительно-инверторного преобразователя через соответствующие плечи преобразователя протекает ток. На выходе ВИП формируется выпрямленное напряжение секции 1 вторичной обмотки трансформатора, которое имеет на интервале от 0 до α₀ отрицательную полярность, поступающее на двигатель электровоза. Наличие значений с отрицательной полярностью в форме выпрямленного напряжения на интервале времени от 0 до α₀=9 эл.град снижает величину среднего значение выпрямленного напряжения.

Вторая зона в режиме тяги.

На второй зоне регулирования в работе находятся первая, вторая и третья цепочка выпрямительно-инверторного преобразователя. В соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя на тиристоры этих цепочек подаются такие же по значению, как на первой зоне регулирования, регулируемые по фазе импульсы α_рег, нерегулируемые по фазе импульсы α₀ и задержанные по фазе импульсы а_0з,. На второй зоне регулирования импульсы α_рег, также регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения. После открытия тиристоров соответствующих плеч первой, второй и третьей цепочек выпрямительно-инверторного преобразователя через соответствующие плечи преобразователя протекает ток. На выходе ВИП формируется выпрямленное напряжение секции I и II вторичной обмотки трансформатора, которое имеет на интервале от 0 до α₀ отрицательную полярность, поступающее на двигатель электровоза. Среднее значение выпрямленного напряжения за счет значений с отрицательной полярностью в форме выпрямленного напряжения остается недостаточно высоким.

Кроме того в режиме тяги на всех зонах регулирования индуктивное сопротивление в цепи нагрузки снижает уровень пульсаций выпрямленного тока, обусловленных пульсациями в сети, до приемлемой для работы двигателя величины.

Аналогично производится управление полупроводниковыми плечами выпрямительно-инверторного преобразователя на третьей и четвертой зонах регулирования.

Таким образом, на всех зонах регулирования среднее значение выпрямленного напряжения за счет значений с отрицательной полярностью в форме выпрямленного напряжения является недостаточно высоким.

Достоинство известного устройства заключается в высоком значении коэффициента полезного действия электровоза, что обусловлено плавным регулированием напряжения, обеспечивающим высокие пусковые характеристики и полное использование максимальной силы тяги по сцеплению.

Недостатком известного устройства является низкое значение коэффициента мощности преобразователя электровоза, обусловленное большим значением угла открытия тиристоров α₀=9 эл. градусов. Только при α₀=9 эл. градусов в известном устройстве обеспечивается гарантированное открытие тиристоров ВИП. Значение угла в α₀=9 эл. градусов является значительным. Большое значение угла открытия тиристоров приводит к изменению направления тока в первичной обмотке трансформатора с большой задержкой относительно напряжения, измеряемой углом сдвига φ. Большой угол сдвига φ между питающим напряжением и первой гармоникой потребляемого тока приводит к снижению значения cos φ, соответственно, к снижению коэффициента мощности преобразователя электровоза к_м.

Другим недостатком известного устройства является высокое энергопотребления двигателя. Это обусловлено тем, что среднее значение выпрямленного напряжения на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя является недостаточно высоким за счет большого значения угла открытия тиристоров α₀=9 эл. градусов. В течение длительного интервала времени от 0 до α₀ выпрямленное напряжение имеет отрицательную полярность, что снижает среднее значение выпрямленного напряжения.

Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков является преобразователь однофазно-постоянного тока [Патент №236860, МПК Н02М 7/162. Преобразователь однофазно-постоянного тока // Кулинич Ю.М. Опубл. 20.09.2009. Бюл. №], основанный на принципе зонно-фазного регулирования.

Преобразователь однофазно-постоянного тока содержит тяговый трансформатор, выпрямительно-инверторный преобразователь, нагрузку, состоящую из последовательно соединенных двигателя и индуктивного сопротивления.

Тяговый трансформатор представляет собой одну первичную и три секции I, II, III вторичной обмотки.

Выпрямительно-инверторный преобразователь содержит восемь плеч, образующих мостовую схему, представленную четырьмя параллельно соединенными цепочками вентилей. Каждая цепочка состоит из пары плеч, соединенных последовательно в общей точке. Каждое плечо выпрямительно-инверторного преобразователя представляет собой последовательно соединенные тиристор и диод.

Выводы каждой секции вторичной обмотки трансформатора подсоединены к соответствующим общим точкам последовательно соединенных плеч, которые являются входом выпрямительно-инверторного преобразователя. При этом секция I вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам первой и второй цепочки, секция II вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам второй и третьей цепочки, секция III вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам третьей и четвертой цепочки.

Выпрямительно-инверторный преобразователь обеспечивает четыре зоны регулирования. При этом первая зона регулирования образована секцией II вторичной обмотки трансформатора, второй и третьей цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя. Вторая зона регулирования образована I и II секцией вторичной обмотки трансформатора и первой, второй, третьей цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя. Третья зона регулирования образована II и III секцией вторичной обмотки трансформатора и второй, третьей и четвертой цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя. Четвертая зона регулирования образована I, II и III секцией вторичной обмотки трансформатора и первой, второй, четвертой цепочками выпрямительно-инверторного преобразователя.

Для управления выпрямительно-инверторным преобразователем к управляющим входам тиристоров плеч выпрямительно-инверторного преобразователя подключен блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем.

Последовательно соединенные индуктивное сопротивление и двигатель (нагрузка) подключены параллельно к выпрямительно-инверторному преобразователю в точках соединения цепочек преобразователя.

Преобразователь однофазно-постоянного тока работает следующим образом.

Тяговый трансформатор передает переменное напряжение вторичной обмотки необходимого уровня в зависимости от зоны регулирования на вход выпрямительно-инверторного преобразователя.

Одновременно с этим на тиристоры выпрямительно-инверторного преобразователя подаются управляющие импульсы с блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя в соответствии с заданным алгоритмом, обеспечивающие очередность открытия плеч выпрямительно-инверторного преобразователя в выпрямительном и инверторном режимах.

При обеспечении работы в выпрямительном и инверторном режимах блоком управления выпрямительно-инверторного преобразователя подаются четыре типа управляющих импульсов:

5) нерегулируемые импульсы α₀, подаваемые в начале полупериода, фаза которых соответствует минимальному углу открытия тиристоров, равным α₀=4,5 эл.град;

6) нерегулируемые импульсы α_0з, подаваемые в начале полупериода, но задержанные по фазе для исключения неоткрытия плеч;

7) регулируемые по фазе импульсы α_рег, предназначенные для плавного подключения вторичной обмотки трансформатора;

8) импульсы β, подаваемые на тиристоры выпрямительно-инверторного преобразователя в режиме рекуперации.

Первая зона регулирования.

На первой зоне регулирования в работе находятся вторая и третья цепочки вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя.

В первый полупериод сетевого напряжения на один тиристор третьей цепочки вентилей подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α₀=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя.

На один тиристор подается все прямое напряжение вторичной обмотки трансформатора, напряжение между его анодом и катодом увеличивается, что позволяет открыть тиристор минимальным углом открытия тиристоров. При угле, равном α₀=4,5 эл. град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора.

Одновременно с этим на один тиристор второй цепочки вентилей подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подается управляющий импульс α_рег, причем импульсы α_рег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения. Тиристоры второй и третьей цепочек переходят в проводящее состояние, что приводит к формированию на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя выпрямленного напряжения секции II вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀, которое поступает на нагрузку. При этом среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀=4,5 эл. градусов.

Во второй полупериод сетевого напряжения на другой тиристор плеча второй цепочки вентилей подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α₀=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя. На один тиристор подается все прямое напряжение вторичной обмотки трансформатора, напряжение между его анодом и катодом увеличивается, что позволяет открыть тиристор минимальным углом открытия тиристоров. При угле, равном α₀=4,5 эл. град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора.

Одновременно с этим на другой тиристор третьей цепочки вентилей подается переменное напряжение второй секции II вторичной обмотки трансформатора, а на его управляющий вход подается регулируемый по фазе управляющий импульс α_рег, причем импульсы α_рег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения.

Соответствующие тиристоры второй и третьей цепочек переходят в проводящее состояние, что приводит к формированию на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя выпрямленного напряжения секции II вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀, которое поступает на нагрузку. При этом среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀=4,5 эл. градусов.

В результате, выпрямленное напряжение на интервале времени от 0 до α₀ в каждом полупериоде имеет отрицательную полярность, определяемую значением угла =4,5 эл. град. Наличие значений с отрицательной полярностью негативно влияет на среднее значение выпрямленного напряжения с выхода ВИП.

Вторая зона регулирования.

На второй зоне регулирования в работе находятся первая, вторая и третья цепочки вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя.

В первый полупериод сетевого напряжения на один тиристор третьей цепочки вентилей подается переменное напряжение первой 1 и второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α₀=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя.

На один тиристор подается все прямое напряжение вторичной обмотки трансформатора, напряжение между его анодом и катодом увеличивается, что позволяет открыть тиристор минимальным углом открытия тиристоров. При угле, равном α₀=4,5 эл. град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора.

Одновременно с этим на один тиристор первой цепочки вентилей подается переменное напряжение первой I и второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подается управляющий импульс α_рег, причем импульсы α_рег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения.

Одновременно с этим один тиристор второй цепочки вентилей подается переменное напряжение первой I и второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подается управляющий импульс α_0з Причем, открытие данного тиристора необходимо для гарантированного открытия тиристора первой цепочки вентилей.

Тиристоры первой и третьей цепочек переходят в проводящее состояние, что приводит к формированию на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя выпрямленного напряжения первой I и второй II секции вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀, которое поступает на нагрузку. При этом среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀=4,5 эл. градусов.

Во второй полупериод сетевого напряжения на другой тиристор плеча третьей цепочки вентилей подается переменное напряжение первой I и второй секции II вторичной обмотки трансформатора, а на его управляющий вход подаются нерегулируемые импульсы с минимальным углом открытия тиристоров α₀=4,5 эл. град в соответствии с заданным алгоритмом управления блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя. На один тиристор подается все прямое напряжение вторичной обмотки трансформатора, напряжение между его анодом и катодом увеличивается, что позволяет открыть тиристор минимальным углом открытия тиристоров. При угле, равном α₀=4,5 эл. Град, достигается уровень напряжения между анодом и катодом, необходимый для открытия тиристора.

Одновременно с этим на другой тиристор первой цепочки вентилей подается переменное напряжение первой I и второй секции II вторичной обмотки трансформатора, а на его управляющий вход подается регулируемый по фазе управляющий импульс α_рег, причем импульсы α_рег регулируются по фазе, что обеспечивает плавное подключение вторичной обмотки трансформатора и, соответственно, плавное регулирование напряжения.

Одновременно с этим на другой тиристор второй цепочки вентилей подается переменное напряжение первой I и второй секции II вторичной обмотки тягового трансформатора, а на его управляющий вход подается управляющий импульс α_0з Причем, открытие данного тиристора необходимо для гарантированного открытия тиристора первой цепочки вентилей.

Соответствующие тиристоры второй и третьей цепочек переходят в проводящее состояние, что приводит к формированию на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя выпрямленного напряжения первой 1 и второй секции II вторичной обмотки трансформатора с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀, которое поступает на нагрузку. При этом среднее значение выпрямленного напряжения зависит от значений напряжения с отрицательной полярностью на интервале времени от 0 до α₀=4,5 эл. град.

В результате, выпрямленное напряжение на интервале времени от 0 до α₀ в каждом полупериоде имеет отрицательную полярность, определяемую значением угла . Наличие значений с отрицательной полярностью негативно влияет на среднее значение выпрямленного напряжения с выхода ВИП.

В выпрямленном напряжении имеются пульсации, обусловленные пульсациями в сети, причем индуктивное сопротивления в цепи нагрузки уменьшает уровень пульсаций выпрямленного тока до приемлемой для работы двигателя величины на протяжении всех зон регулирования напряжения.

Аналогично производится управление полупроводниковыми плечами выпрямительно-инверторного преобразователя на третьей и четвертой зонах регулирования.

Использование известного устройства преобразователя однофазно-постоянного тока позволяет повысить значение коэффициента мощности выпрямительно-инверторного преобразователя за счет уменьшения значения угла открытия тиристоров α₀ до 4,5 эл. град, что является его достоинством.

Это обусловлено тем, что уменьшение значения угла открытия тиристоров до α₀=4,5 эл. град приводит к уменьшению фазового угла сдвига φ и, как следствие, к более раннему изменению направления тока в первичной обмотке трансформатора. Уменьшение фазового угла сдвига φ между питающим напряжением и первой гармоникой потребляемого тока приводит к увеличению cos φ и, соответственно, к повышению коэффициента мощности преобразователя электровоза к_м.

Кроме этого, меньшее значение угла открытия тиристоров α₀ позволяет уменьшить энергопотребление двигателя за счет повышения среднего значения выпрямленного напряжения путем уменьшение времени открытия тиристоров в каждом полупериоде выпрямленного напряжения с 9 до 4,5 эл. градусов.

Однако энергопотребление двигателя остается достаточно высоким, что является недостатком известного устройства.

Это обусловлено тем, что среднее значения выпрямленного напряжения на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя остается низким за счет наличия в выпрямленном напряжении значений напряжения с отрицательной полярностью на протяжении времени от 0 до α₀=4,5 эл. градусов.

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке преобразователя однофазно-постоянного тока, обеспечивающего снижение энергопотребления двигателя за счет повышения среднего значения выпрямленного напряжения на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя благодаря формированию в режиме тяги на каждой зоне регулирования нулевых значений выпрямленного напряжения на протяжении времени от 0 до α₀.

Для решения поставленной задачи в преобразователь однофазно-постоянного тока, содержащий тяговый трансформатор с тремя секциями вторичной обмотки, выпрямительно-инверторный преобразователь в виде мостовой схемы из параллельно соединенных, по крайней мере, четырех цепочек вентилей, блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем и нагрузку, состоящую из последовательно соединенных двигателя и индуктивного сопротивления, при этом каждая цепочка вентилей представляет собой пару плеч последовательно соединенных в общей точке, а каждое плечо - последовательно соединенные тиристор и диод, первая секция вторичной обмотки трансформатора подключена к средним точкам первой и второй цепочки вентилей, вторая секция - к средним точкам второй и третьей цепочки вентилей, третья секция - к средним точкам третьей и четвертой цепочки вентилей, нагрузка подключена параллельно к выпрямительно-инверторному преобразователю в точках соединения цепочек вентилей, блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем подключен к управляющим входам тиристоров плеч выпрямительно-инверторного преобразователя, дополнительно введены нулевой тиристор и блок управления нулевым тиристором, содержащий датчик напряжения, выпрямитель, формирователь синхроимпульсов, генератор тактовых импульсов, компаратор, одновибратор, переключатель в режим тяги-рекуперации, элемент «И», имеющий четыре входа, при этом вход датчика напряжения является входом блока управления нулевым тиристором, а выход элемента «И» - его выходом, выход датчика напряжения подключен к входу выпрямителя и входу формирователя синхроимпульсов, выход выпрямителя подключен к входу компаратора, выход формирователя синхроимпульсов подключен к входу одновибратора, а выходы генератора тактовых импульсов, компаратора, одновибратора, переключателя в режим тяги-рекуперации подключены к соответствующим входам элемента «И», нулевой тиристор подключен параллельно нагрузке, вход блока управления нулевым тиристором соединен с первой секцией вторичной обмотки трансформатора, а его выход подключен к управляющему входу нулевого тиристора.

Заявляемое решение отличается от прототипа наличием новых элементов в устройстве: нулевого тиристора и блока управления нулевым тиристором и новыми взаимосвязями между элементами устройства. Наличие существенных отличительных признаков в совокупности существенных признаков, характеризующих устройство, свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «новизна».

Введение в преобразователь однофазно-постоянного тока нулевого тиристора и блока управления нулевым тиристором, содержащего соединенные определенным образом датчик напряжения, выпрямитель, формирователь синхроимпульсов, генератор тактовых импульсов, компаратор, одновибратор, переключатель в режим тяги-рекуперации, элемент «И», подключение нулевого тиристора параллельно нагрузке, соединение входа блока управления нулевым тиристором с первой секцией вторичной обмотки трансформатора, а его выхода с к управляющим входом нулевого тиристора приводит к снижению энергопотребления двигателя за счет повышения среднего значения выпрямленного напряжения на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя благодаря формированию выпрямленного напряжения с нулевым значением на протяжении времени от 0 до α₀.

Это обусловлено тем, что при открытии нулевого тиристора на протяжении времени от 0 до α₀ ток с выпрямительно-инверторного преобразователя на каждой зоне в каждом полупериоде замыкается через нулевой тиристор, минуя нагрузку, что приводит к наличию в выпрямленном напряжении на всех зонах регулирования значений напряжения только с положительной полярностью, и, как следствие, к повышению среднего значения выпрямленного напряжения и к снижению энергопотребления двигателя в режиме тяги.

Причинно-следственная связь «Введение в преобразователь однофазно-постоянного тока нулевого тиристора и блока управления нулевым тиристором, содержащего соединенные определенным образом датчик напряжения, выпрямитель, формирователь синхроимпульсов, генератор тактовых импульсов, компаратор, одновибратор, переключатель в режим тяги-рекуперации, элемент «И», подключение нулевого тиристора параллельно нагрузке, соединение входа блока управления нулевым тиристором с первой секцией вторичной обмотки трансформатора, а его выхода с к управляющим входом нулевого тиристора приводит к снижению энергопотребления двигателя за счет повышения среднего значения выпрямленного напряжения на выходе выпрямительно-инверторного преобразователя благодаря формированию выпрямленного напряжения с нулевым значением на протяжении времени от 0 до α₀» не обнаружена в известном уровне техники и явным образом не следует из него, что свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

На фигуре 1 представлена схема преобразователя однофазно-постоянного тока, необходимая для понимания сущности и работоспособности изобретения и подтверждающая промышленную применимость заявляемого устройства.

На фигуре 2 представлены графики зависимости напряжения от времени на элементах блока управления нулевым тиристором 7.

Преобразователь однофазно-постоянного тока содержит тяговый трансформатор 1, выпрямительно-инверторный преобразователь 2, нагрузку 3, состоящую из последовательно соединенных двигателя 4 и индуктивного сопротивления 5, нулевого тиристора 6 и блока управления нулевым тиристором 7.

Тяговый трансформатор представляет собой одну первичную обмотку (на фиг. не показана) и три секции I, II, III вторичной обмотки.

Выпрямительно-инверторный преобразователь 2 содержит восемь плеч 8-15, образующих мостовую схему, представленную четырьмя параллельно соединенными цепочками вентилей 16-19. Каждая цепочка 16-19 представляет собой пару плеч, соответственно 8-9, 10-11, 12-13, 14-15, соединенных последовательно в общих точках.

Каждое плечо 8-15 выпрямительно-инверторного преобразователя представляет собой последовательно соединенные тиристор 20 и диод 21.

Выводы каждой секции вторичной обмотки трансформатора I, II, III подсоединены к цепочкам вентилей 16-19 в точках последовательного соединения двух соответствующих плеч 8-9, 10-11, 12-13, 14-15 выпрямительно-инверторного преобразователя 2. Точки соединения выводов вторичной обмотки трансформатора и выпрямительно-инверторного преобразователя 2 являются входом последнего. При этом секция I вторичной обмотки трансформатора подключена к первой 16 и второй 17 цепочке вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2 в общих точках соединения плеч 8, 9 и 10, 11 соответственно.

Секция II вторичной обмотки трансформатора подключена к второй 17 и третьей 18 цепочке вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2 в общих точках соединения плеч 10,11 и 12,13 соответственно.

Секция III вторичной обмотки трансформатора подключена к третьей 18 и четвертой 19 цепочке вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2 в общих точках соединения плеч 12, 13 и 14, 15 соответственно.

Выпрямительно-инверторный преобразователь 2 обеспечивает четыре зоны регулирования. При этом первая зона регулирования образована секцией II вторичной обмотки трансформатора, второй 17 и третьей 18 цепочками вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2. Вторая зона регулирования образована I и II секцией вторичной обмотки трансформатора и первой 16, второй 17, третьей 18 цепочками вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2. Третья зона регулирования образована II и III секцией вторичной обмотки трансформатора и второй 17, третьей 18 и четвертой 19 цепочками вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2. Четвертая зона регулирования образована I, II и III секцией вторичной обмотки трансформатора и первой 16, третьей 18 и четвертой 19 цепочками вентилей выпрямительно-инверторного преобразователя 2.

Для управления выпрямительно-инверторным преобразователем 2 к управляющим входам тиристоров 21 плеч 8-15 выпрямительно-инверторного преобразователя 2 подключен блок управления выпрямительно-инверторным преобразователем (на фиг. не показан).

Нагрузка 3 подключена параллельно к выпрямительно-инверторному преобразователю 2 в точках соединения цепочек вентилей 16-19.

Нулевой тиристор 6 подключен к выпрямительно-инверторному преобразователю 2 параллельно нагрузке 3 в точках соединения цепочек вентилей 16-19 выпрямительно-инверторного преобразователя 2.

Для управления нулевым тиристором 6 к его управляющему входу подключен блок управления нулевым тиристором 7, который в соответствии с алгоритмом работы определяет время работы нулевого тиристора 6 в выпрямительном и инверторном режимах.

Блок управления нулевым тиристором 7 содержит датчик напряжения 22, выпрямитель 23, формирователь синхроимпульсов 24, генератор тактовых импульсов 25, компаратор 26, одновибратор 27, переключатель в режим тяги-рекуперации 28, элемент «И» 29, имеющий четыре входа.

Вход датчика напряжения 22 является входом блока управления нулевым тиристором 7, а выход элемента «И» 29 является выходом блока управления нулевым тиристором 7.

Выход датчика напряжения 22 подключен к входу выпрямителя 23 и входу формирователя синхроимпульсов 24.

Выход выпрямителя 23 подключен к входу компаратора 26. Выход формирователя синхроимпульсов 24 подключен к входу одновибратора 27. Выходы генератора тактовых импульсов 25, компаратора 26, одновибратора 27, переключателя в режим тяги-рекуперации 28 подключены к соответствующим входам элемента «И» 29.

Вход блока управления нулевым тиристором 7 подключен к первой секции 1 вторичной обмотки трансформатора 1, а его выход подключен к управляющему входу нулевого тиристора 6.

Преобразователь однофазно-постоянного тока в режиме тяги работает следующим образом.

Тяговый трансформатор 1 передает переменное напряжение секций I, II, III вторичной обмотки необходимого уровня в зависимости от зоны регулирования на вход выпрямительно-инверторного преобразователя 2, а переменное напряжение первой секции I вторичной обмотки тягового трансформатора всегда подается на датчик напряжения 22 блока управления нулевым тиристором 7.

Одновременно с этим на тиристоры 21 выпрямительно-инверторного преобразователя 2 подаются управляющие импульсы с блока управления выпрямительно-инверторного преобразователя (на фиг. не показан) в соответствии с заданным алгоритмом, обеспечивающие очередность открытия плеч выпрямительно-инверторного преобразователя 2 в выпрямительном и инверторном режимах.

При обеспечении работы в выпрямительном и инверторном режимах блоком управления выпрямительно-инверторного преобразователя подаются четыре типа управляющих импульсов:

1) нерегулируемые импульсы α₀, подаваемые в начале полупериода, фаза которых соответствует минимальному углу открытия тиристоров, равным α₀=4,5 эл.град;

2) нерегулируемые импульсы α_0з, подаваемые в начале полупериода, но задерж