Работа АТД с инвертором напряжения
Принципиальная схема питания АТД от АИН приведена на рис. 5.10, а. На входе со стороны постоянного тока имеется емкостной фильтр Сф. В каждой фазе параллельно тиристорам VS включены обратные диоды VD. В современных АИН используются двухоперационные полупроводниковые приборы: GTO-тиристоры или IGBT — транзисторы. В 70-е гг. XX в. использовались однооперационные тиристоры с устройствами принудительной коммутации, каждое из которых состояло из коммутирующих тиристоров VS11- VS16, конденсаторов Ск и перезарядных дросселей Lк. Варианты схем одной фазы инвертора с однооперационными тиристорами и принудительной коммутацией показаны на рис. 5.10, б (электровоз ВЛ80А-751) и на рис. 5.10, в (электровоз ВЛ86Ф-001).
Рис. 5.10. АТП и АИН:
а — принципиальная схема; б — контур коммутации на электровозе ВЛ80А-151; в — контур коммутации на электровозе ВЛ86Ф-001
В трехфазном автономном инверторе напряжения возможны три варианта алгоритмов работы тиристоров. Они различаются по величине угла проводимости рабочих тиристоров, который может составлять 120°, 180° и 150°. Эти алгоритмы показаны соответственно в табл. 5.4, 5.5 и 5.6.
При мгновенной коммутации тиристоров и идеально сглаженном токе фазное напряжение имеет прямоугольно-ступенчатую форму, не зависящую от нагрузки, а форма фазного тока — отрезки экспонент — определяется характером нагрузки и соответствует подключению индуктивной цепи к источнику постоянного напряжения.
Форма фазного и линейного напряжений на выходе АИН амплитуда и действующее значение первой гармоники действующее значение выходного напряжения U и коэффициент искажения U^!U для различных алгоритмов работы АИН приведены в табл. 5.7. Сравнение алгоритмов работы АИН отражено в табл. 5.8. Сравнение АИТ и АИН приведено в табл. 5.9.
Таблица 5.6
180° алгоритм работы АИН
Таблица 5. 7
Показатели алгоритмов работы АПН
Продолжение табл. 5. 7
Сравнение алгоритмов работы АИН
Алгоритм работы АИН | Достоинства | Недостатки |
180° |
| 1. Возможность к.з. в плече при задержке коммутации тиристоров |
120° |
| 1. Каждая фаза работает только 2/3 периода. Мощность АТД недоиспользуется |
150° |
| 1. Более сложная система управления |
Способы регулирования режима работы АТД.
- Регулирование частоты вращения ТЭД — за счет изменения частоты включения тиристоров.
- Регулирование напряжения:
а) амплитудное или фазовое регулирование напряжения на выходе первичного преобразователя; при наличии фильтра форма напряжения остается прямоугольной или прямоугольно-ступенчатой; меняется только амплитуда;
б) широтно-импульсное регулирование. Прямоугольная (или прямоугольно-ступенчатая) форма заменяется серией прямоугольных импульсов одинаковой длительности Ти; импульсы отделены паузами также одинаковой длительности; частота импульсов называется несущей частотой fнес, регулирование за счет изменения коэффициента заполнения;
в) широтно-импульсная модуляция — более подробно рассмотрена в п. 5.6.
Перевод АИН в рекуперацию. Для перевода схемы тягового режима (рис. 5.11, а) в режим рекуперации возможны два способа:
- изменение полярности конденсаторного фильтра и рекуперация через рабочие тиристоры (рис. 5.11, б);
- сохранение полярности конденсаторного фильтра и рекуперация через обратные тиристоры (вместо обратных диодов) (рис. 5.11, в).
Сравнение АИТ и АИН
Показатели | АИТ | АИН |
Фильтр | Последовательная индуктивность | Параллельная емкость |
Диоды | Отсекающие, последовательно с рабочими тиристорами | Параллельно с рабочими тиристорами для обмена реактивной энергией между АД и конденсатором |
Количество одновременно работающих фаз во внекоммутационный период | Две, угол проводимости 120° | Две или три, угол проводимости от 120° до 180° в зависимости от алгоритма работы тиристоров |
Форма фазных токов | Зависит от порядка работы тиристоров, прямоугольная | Отрезки экспонент, зависит от нагрузки |
Форма фазных напряжений | Зависит от нагрузки — отрезки экспонент. Повышение напряжения при коммутации | Прямоугольно-ступенчатая зависит от алгоритма работы тиристоров |
Способ регулирования напряжения | Входной преобразователь ВУ или ИРН | АИМ с ШИР, ШИМ, или преобразователь 4qS |
Коммутация в режиме тяги | Рабочими однооперационными тиристорами | Рабочими GTO-тиристорами |
Переход в режим электрического торможения | Изменение полярности Ud | Изменение направления Id |
Электрическая устойчивость АД при питании от инвертора | Нужна САР по току и абсолютному скольжению, ток пропорционален абсолютному скольжению | АД может устойчиво работать без САР |
Установленная мощность инвертора по отношению к мощности АТД с учетом перегрузки | В тяге в 2 раза больше, в рекуперации в 4—5 раз больше | 1,0 |
Область применения | Электропоезда | Трамваи, метро, электропоезда, электровозы |
Рис. 5.11. Перевод АИН в рекуперацию:
а — тяговый режим; б — рекуперация через рабочие тиристоры; в — рекуперация через обратные тиристоры
Способы перевода входного преобразователя ВП в режим рекуперации аналогичны схемам с АИТ (рис. 5.8).
Пример силовой цепи вагона московского метрополитена с АИН на IGBT транзисторах, предусматривающий рекуперативно-реостатное торможение, разработанный фирмой GEC Alstom (Великобритания) по техническому заданию ЗАО «Метровагонмаш», приведен на рис. 5.12.