Четырёхквадрантного преобразователя

Четырёхквадрантный преобразователь 4 q- s представляет собой однофазный управляемый мост VT1-VT4, составленный из силовых транзисторных модулей IGBT, параллельно которым включены диоды встречной проводимости. Принципиальная схема включения преобразователя показана на рис.1. Диагональ моста подключена к тяговой обмотке трансформатора, напряжение которой на схеме обозначено U _т. Между тяговой обмоткой трансформатора и управляемым мостом включен индуктивный реактор L _р. На выходе управляемого моста, со стороны по­стоянного напряжения U_d, включён ёмкостной фильтр C _фи автономный инвертор напряжения VT5-VT10, преобразующий напряжение и ток  в цепи  асинхронных тяговых электродвигателей.

 

Рис.1 Принципиальная схема 4q-s преобразователя

и автономного инвертора напряжения

В режиме электрического рекуперативного торможения асинхронный тяговый электродвигатель (АТД) с автономным инвертором напряжения являются источником энергии с напряжением U_d, а управляемый транзисторный мост VT1-VT4 производит инвертирование постоянного тока и напряжения в переменные. Часть интервала каждой полуволны питающего напряжения управляемый транзисторный мост VT1-VT4 производит выпрямление переменного тока и напряжения в постоянные.

Индуктивный реактор L _р предназначен для накопления совместно с магнитными потоками рассеяния обмоток тягового трансформатора электромагнитной энергии и последующей импульсной отдачи ее в тяговую сеть посредством трансформатора в режиме инвертирования, или в емкостной фильтр C _ф преобразователя в режиме выпрямления. Таким образом четырёхквадрантный преобразователь 4 q- s в зависимости от режима работы следует рассматривать как инвертор напряжения или как управляемый выпрямитель тока.

Название четырёхквадрантного преобразователя (Vierquadrantensteller) объясняется тем, что он допускает работу в режимах тяги и электрического рекуперативного торможения. Причём ток, потреб­ляемый из тяговой сети или отдаваемый в сеть, может как отставать от напряжения сети, так и опере­жать его. Если представить векторы напряжения и тока, потребляемого из сети, на комплексной плоскости и совместить вектор напряжения сети с положительным направлением вещественной оси, то в зависимости от работы пре­образователя в режиме тяги или торможения электропривода, вектор сетевого тока может располагается в лю­бом из четырёх квадрантов комплексной плоскости.

Основными функциями четырёхквадрантного преобразователя являются:

- преобразование переменного тока тяговой обмотки в постоянный (пульсирующий) в режиме тяги и инвертирование постоянного тока в переменный в режиме рекуперативного торможения ЭПС;

- обеспечение высокого коэффициента мощности за счет синусоидальной формы тока;

- компенсация фазового отставания тока относительно напряжения тяговой сети в режиме тяги, фазовое опережение тока на 180 градусов в режиме электрического рекуперативного торможения  ЭПС.

В процессе функционирования четырёхквадрантного преобразователя в режиме электрического рекуперативного торможения  ЭПС происходит циклическое чередование следу­ющих импульсных процессов на интервале каждой полуволны напряжения тяговой обмотки:

- тактирование включением пары транзисторных ключей нечетной группы VT1-T3, или четной группы VT2- VT4; при этом для тяговой обмотки создается контур короткого замыкания, а из-за малости промежутка замыкания ток в тяговой обмотке возрастает незначительно; входной ток конденсаторного фильтра в этом режиме равен нулю (i_d =0);

- инвертирование при одновременном включении двух танзисторных ключей диагонали моста VT1-VT2 или VT3-VT4; ток тяговой обмотки равен выходному току конденсаторного фильтра (i _т=- i_d),

 - выпрямление тока диодами VD1…VD4; ток тяговой обмотки в этом режиме равен входному току конденсаторного фильтра (i _т= i_d);