Системы управления ЭПС - Четырехквадрантный преобразователь

Четырехквадрантный преобразователь

1. Четырехквадрантный преобразователь 4qS (Vierquadrantensteller) — это два моста (однофазный и трехфазный) с двухоперационными тиристорами и обратными диодами, соединенные между собой со стороны постоянного напряжения. Со стороны переменного тока последовательно включен индуктивный фильтр. Со стороны постоянного напряжения параллельно включен емкостной фильтр.

Со стороны однофазного моста напряжение контактной сети  Со стороны трехфазного моста напряжение АТД (рис. 5.13, а).

Рис. 5.12. Силовая цепь вагона метрополитена на IGBT транзисторах

Рис. 5.13. 4qS преобразователь:
a — принципиальная схема, открыты тиристоры VS1 и VS3; б — открыты VS1 и VS2; в — открыты VS1 и VS3; г — открыты VS3 и VS4; д — открыты VS2 и VS4

Первые образцы четырехквадрантного преобразователя, примененные фирмой Siemens в 1979 г. на электровозе Е120, имели однооперационные тиристоры с контурами искусственной коммутации. В дальнейшем эти преобразователи выпускались на двухоперационных тиристорах (рис. 5.13, а).

Название преобразователя объясняется тем, что преобразователь допускает работу в режимах тяги и торможения. Причем ток, потребляемый из сети, может как отставать от напряжения сети, так и опережать его. Если вектор напряжения сети совпадает с положительным направлением вещественной оси, то возможны режимы работы преобразователя, при которых вектор сетевого тока располагается в любом из четырех квадрантов комплексной плоскости (рис. 5.14).

1. Режимы работы четырехквадрантного преобразователя приведены в табл. 5.10.

Принцип работы четырехквадрантного преобразователя проще рассмотреть на примере режима рекуперации, когда происходит однофазное инвертирование.

1. Работа однофазного моста в режиме инвертирования — постоянное напряжение Ed на конденсаторе преобразуется в переменное напряжение иа. При этом происходит чередование следующих режимов.

3.1. Открыты два тиристора в противоположных плечах VS1 и VS2 (рис. 5.13, б). Конденсатор разряжается на вторичную обмотку трансформатора с сохранением полярности иа = Ed. Ток ia = id  спадает (интервалы времени 1—2, 3—4, 5—6,7—8, 9—0 на рис. 5.15).

Рис. 5.14. Углы сдвига фаз между током и напряжением 4qS преобразователя

Режим работы 4qS преобразователя

Рис. 5.15. Осциллограммы токов и напряжений 4qS преобразователя

Таблица 5.11
Работа однофазного моста 4 qS преобразователя в режиме инвертирования

Рис. 5.16. Регулирование угла φ 4qS преобразователя в режимах тяги и рекуперации