Алгоритм управления четырёхквадрантным преобразователем

Алгоритм сигналов управления транзисторными ключами VT1-VT4 и диаграмма тока и напряжения силовой цепи преобразователя показана на рис.2. Формирование сигналов управления производится путем совмещения напряжениймодуляции u _м и (- u _м) синусоидальной формы, частота которых равна частоте напряжения питающей сети, с тактирующим  пилообразным напряжением треугольной формы u _тп, частота которого кратна частоте питающей напряжения.

   

Рис.2. Алгоритм управления 4q-s преобразователем,

диаграмма токов и напряжений

 Определение моментов включения и выключения транзисторных ключей преобразователя производится в соответствие с логическими функциями:

                (1)

               (2)

;                                 (3)

.                                (4)

    Здесь:  -напряжение модуляции, сдвинутое по фазе на угол Ψ относительно напряжения u _т тяговой обмотки трансформатора,

              u _тп – тактирующее пилообразное напряжение.

Процесс переключения силовых транзисторов преобразователя можно подразделить на три фазы.

       1. Режим тактирования.

 Открыты транзисторы в смежных плечах четной (эмиттерной) группы VT2 и VT4 на интер­валах времени положительной полуволны напряжения тяговой обмотки 8—9, 12—13 (рис. 3, а), на интер­валах времени отрицательной полуволны 0-1, 16—17 и 20-21 (рис. 3,б). Тяговая обмотка замкнута накоротко на интер­валах времени положительной полуволны напряжения тяговой обмотки через транзисторный ключ VT4 и диод VD2, на интер­валах времени отрицательной полуволны - через транзисторный ключ VT2 и диод VD4. Напряжение на выходе моста преобразователя U _q = 0. Конденсатор фильтра C отсоединен от моста преобразователя. Направление тока i _тр    встречное относительно напряжения тяговой обмотки трансформатора, Э.Д.С., индуцируемая в дросселе и тяговой обмотке , направлена согласно с напряжением u _т, ток тяговой обмотки трансформатора i _т    спадает. Уравнение равновесия э.д.с. и напряжений для контура короткого замыкания тяговой обмотки трансформатора имеет вид:

Здесь u _т – мгновенное значение напряжения тяговой обмотки трансформатора;

  r _т, L_т, r _р, L _р- сопротивление, индуктивность обмоток трансформатора и реактора соответственно;

∆ U _т – падение напряжения в транзисторных модулях преобразователя;

Падение напряжения на сопротивлениях обмоток трансформатора и реактора, а также в транзисторных модулях преобразователя достаточно мало по сравнению с э.д.с., индуктпруемой в обмотках, поэтому их величиной можно пренебречь.

В этом случае  изменение тока тяговой обмотки трансформатора ∆ i _т на каждом n интервале времени  в режиме тактирования транзисторных модулей определяется формулой:

,               (5)

где u _т(n) – мгновенное значение напряжения тяговой обмотки трансформатора на n интервале времени. Выходной ток преобразователя i_d =0.

 

а)                                                б)

Рис.3 Мгновенные схемы переключения транзисторных

ключей  четной группы 4q-s преобразователя в режиме тактирования

 

 Открыты транзисторы в смежных плечах нечетной (коллекторной) группы VT1 и VT3 на интер­валах времени положительной полуволны напряжения тяговой обмотки 6-7, 10-11, (рис. 4, а), на интер­валах времени отрицательной полуволны 2-3, 14—15, 18-19 и 21-22 (рис. 4,б). Тяговая обмотка замкнута накоротко на интер­валах времени положительной полуволны напряжения тяговой обмотки через транзисторный ключ VT1 и диод VD3, на интер­валах времени отрицательной полуволны - через транзисторный ключ VT3 и диод VD1. Напряжение на выходе моста преобразователя U _q = 0. Конденсатор фильтра C _ф отсоединен от моста преобразователя. Направление тока i _тр    встречное относительно напряжения тяговой обмотки трансформатора, Э.Д.С., индуцируемая в дросселе и тяговой обмотке , направлена согласно с напряжением u _т, ток i _т    спадает, входной  ток фильтра i_d = 0.

 

а)                                                б)

Рис.4 Мгновенные схемы переключения транзисторных

ключей нечетной группы 4q-s преобразователя в режиме тактирования

 

2. Режим инвертирования.

 Открыты транзисторы в диагональных плечах моста VT1 и VT4 (рис. 5,а). Конденсатор фильтра C отдает энергию в тяговую обмот­ку трансформаторатоком i _т = - i_d  через транзисторные ключи  VT1 и VT4 на интервалах положительной полуволны тяговой обмотки 3—4, 5—6, 7—8, 9-10. Напряжение тяговойобмотки трансформатора u _т суммируется с ЭДС самоиндукции индуктивного реактора и обмотки трансформатора , ограничивая нарастание  тока i _тр. Уравнение равновесия э.д.с. и напряжений для контура инвертирования имеет вид:

Изменение тока тяговой обмотки трансформатора ∆ i _т(n+1) на каждом (n + 1) интервале времени  в режиме инвертирования определяется формулой:

,          (6)

 

а)                                                б)

Рис.5. Мгновенные схемы переключения транзисторных ключей 4q-s преобразователя в режиме инвертирования тока

 

 Открыты транзисторы в диагональных плечах моста VT2 и VT3 (рис. 5,б). Конденсатор фильтра C _ф отдает энергию в тяговую обмот­ку трансформаторатоком  на интервалах отрицательной полуволны тяговой обмотки 13—14, 15—16, 17—18, 19-20. Напряжение тяговойобмотки трансформатора u _т суммируется с ЭДС самоиндукции индуктивного реактора и обмотки трансформатора , ограничивая нарастание  тока i _т.

3. Режим выпрямления.

Открытые транзисторы в диагональных плечах моста VТ1 – VТ4 заперты встречно направленной э.д.с. (рис. 6, а). Конденсатор фильтра C_ф заряжается током тяговой обмот­ки трансформатора через диоды VD1 – VD4 u_q = U_d   на интервале 1-2, 3-4 и 19-20, 21-22 отрицательной полуволны напряжения тяговой обмотки. достаточно мало, Э.Д.С.  , индуцируемая в дросселе и в тяговой обмотке, направлена встречно напряжению тяговой обмотки u _т и обеспечивает протекание тока в контуре фильтра. Ток   спадает.

 а)                                      б)

Рис.6 Мгновенные схемы переключения транзисторных ключей 4q-s преобразователя в режиме выпрямления тока

. Уравнение равновесия э.д.с. и напряжений для итдачи энергии в конденсаторный фильтр C _ф имеет вид:

Изменение тока тяговой обмотки трансформатора ∆ i _т на каждом (n + 1) интервале времени  в режиме инвертирования определяется формулой:

,       (7)

 

Открытые транзисторы в диагональных плечах моста VТ2 – VТ3 заперты встречно направленной э.д.с. (рис. 6, б). Конденсатор фильтра C заряжается от тяговой обмот­ки трансформатора через диоды VD2 – VD3 u_q = U_d   на интервалах 12-13, 14-15 положительной полуволны напряжения тяговой обмотки. Напряжение тяговой обмотки u _т достаточно мало, Э.Д.С.  направлена встречно и обеспечивает протекание тока в контур конденсаторного фильтра C _ф Ток   спадает.