Повышение технических характеристик электрической передачи переменного тока, страница 18

При проектировании УУР составляют его функциональ­ную и структурную схемы, а также определяют параметры егоблоков, узлов и элементов, служащие исходными данны­ми для составления принципиальной схемы УУР, После составления принципиальной и монтажной схемы УУР  при­ступают к проектированию его конструкции.

     На основании спецификаций и монтажных схем силовых цепей, а также цепей регулирования и управления присту­пают к проектированию конструкции ТСП в целом, учиты­вая отведенное на подвижном составе место для ее разме­щения, а также увязку цепей управления ТПС с УУР ТСП.

4.2. Расчёт автономного инверторА напряжения

     Автономные инверторы напряжения (АИН) различают по числу фаз нагрузки и схеме их соединения, по длитель­ности угла проводимости линейных (главных) тиристоров и по типу структуры узлов принудительной коммутации.

     В зависимости от числа фаз нагрузки различают одно­фазные и трехфазные АИН, причем в трехфазных АИН на­грузка может быть соединена либо в звезду, либо в тре­угольник. Трехфазные АИН в тяговых электродвигателях используют для регулирования режимов работы исполни­тельных двигателей переменного тока, в том числе и тяго­вых. Однофазные АИН чаще всего применяют в системах питания цепей собственных нужд ТПС.

     В зависимости от структуры узла принудительной ком­мутации (УПК) различают следующие АИН:

     АИН с индивидуальной коммутацией, в ко­торых УПК осуществляет выключение одного вентильного плеча;

     АИН с фазной коммутацией, в которых УПК осуществляет попеременное выключение двух вентильных плеч, принадлежащих одной фазе нагрузки;

     АИН с групповой коммутацией, в которых УПК осуществляет выключение вентильных плеч, принад­лежащих одной группе (анодной или катодной);

     АИН с общей коммутацией, в которых один УПК осуществляет выключение всех вентильных плеч;

     АИН с межплечевой (межвентильной) коммутацией (рис. 4.5), в которых УПК осуществляет выключение од­ного вентильного плеча при включении вентильного плеча другой фазы нагрузки, но той же токосборной группы;

     АИН с межфазной коммутацией, в которых УПК осуществляет выключение вентильных плеч разных фаз нагрузки.

     В зависимости от длительности угла проводимости ли­нейных тиристоров (вентильных плеч) различают АИН с углами проводимости ,  и .

     Независимо от вида коммутации имеются АИН с одно­ступенчатой коммутацией и двухступенчатой. Поскольку практическое применение в электроприводах нашли только трехфазные мостовые АИН, в дальнейшем будем рассмат­ривать лишь такие инверторы.

В АИН с индивидуальной коммутацией параллельно каждому тиристорному плечу, например (в общем слу­чае содержащему несколько тиристоров, соединенных по­следовательно-параллельно), подключают УПК,    содержащий дроссель , конденсатор ,   коммутирующий тири­стор  и коммутирующий диод .

     Для выключения тиристора  включают коммутирую­щий тиристор , вследствие чего конденсатор , пред­варительно заряженный с полярностью «плюс» справа, «минус» слева, разряжается, выключая тиристор . Пос­ле этого конденсатор перезаряжается с полярностью «плюс» слева, «минус» справа по контуру, содержащему коммутирующий тиристор , диод , дроссель обратный диод и сам конденсатор, до напряжения источника пи­тания . После этого тиристор выключается, а ток фа­зы А нагрузки переходит на обратный диод , благода­ря чему обеспечивается обмен реактивной энергией между фазами А и В нагрузки. Обратные диоды и  пред­назначены для возврата к источнику питания энергии, за­пасенной в дросселе , в интервале коммутации, а диоды  и  предотвращают разряд коммутирующих кон­денсаторов по цепи нагрузки.

     На следующем интервале проводящего состояний тиристора  происходит колебательный процесс перезаряда конденсатора по контуру, содержащему тиристор , диод и дроссель , в результате чего конденсатор оказывается заряженным с полярностью «плюс» слева» «ми­нус» справа до напряжения, уровень которого зависит от добротности колебательного контура.

     В АИН с фазной коммутацией, один комплект УПК содержит двухобмоточный коммутирующий дроссель  и два ком­мутирующих конденсатора и . Длительность угла проводимости составляет 180°, поэтому форма кривой на­пряжения на нагрузке не зависит от коэффициента мощно­сти нагрузки.

     Алгоритмы переключения линейных тиристоров, времен­ные диаграммы напряжений и токов, трехфазных АИН при соединении нагрузки в звезду,  и  приве­дены на рис. 4.8.

     Считая тиристоры идеальными ключами и пренебрегая падением напряжения на дросселе, получим, что в интер­вале проводимости тиристора  напряжение на конденса­торе , равно нулю, а конденсатор  заряжен до на­пряжения источника питания с полярностью «плюс» на верхней обкладке, «минус» — на нижней.

     При подаче управляющего сигнала на тиристор по­следний включается, и к правой обмотке дросселя при­кладывается напряжение , до которого заряжен конден­сатор .

     При одинаковых числах витков обмоток дросселя в ле­вой обмотке индуктируется э. д. с. равная и прикла­дываемая в обратном направлении к тиристору  вы­ключая его. После выключения тиристора  ток нагруз­ки протекает через конденсатор . Время восстановления тиристором  своих вентильных свойств определяется ин­тервалом, в течение которого происходит разряд конденса­тора  до нуля и заряд конденсатора до напряже­ния . После этого токи нагрузки и дросселя будут за­мыкаться через обратные диоды  и , при этом за­пасенная в дросселе энергия будет циркулировать в кон­туре, образованном правой обмоткой этого дросселя и вен­тилями  и , что обусловливает накопление избыточной энергии в коммутирующих дросселях АИН с принудитель­ной коммутацией. Поскольку с повышением частоты выходного напряжения АИН интенсивность накопления энер­гии растет, увеличиваются потери энергии в элементах АИН такого типа, и снижается их к. п. д. Для улучшения к. п. д. обратные диоды подключают к отпайкам первичной обмот­ки выходного трансформатора (если он имеется). К досто­инствам таких АИН относится низкий уровень обратного напряжения,   прикладываемого   к   тиристорным плечам.