RU2561913C1

RU2561913C1 - Control method for multizone reversible converter of single-phase direct current

Info

Publication number: RU2561913C1
Application number: RU2014115762/07A
Authority: RU
Inventors: Станислав Васильевич Власьевский; Виктор Васильевич Семченко; Олег Валерьевич Мельниченко
Original assignee: Станислав Васильевич Власьевский
Priority date: 2014-04-18
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2015-09-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: method is implemented by shunting a rectified current circuit by one or two links connected between cathode and anode busbars consisting of an in-series interconnected diode and thyristor, which are opened by sending to its control electrode a control pulse with a respective phase matching the operation mode of the converter, and non-contact cut-off at transfer from the rectifier mode to the inverter mode and back by one of the above links from the anode busbar by means of the thyristor, which switches off this link by its closed state within the transfer period and the period of the converter operation in the selected mode.

EFFECT: higher power factor.

3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано на электровозах, получающих питание от контактной сети однофазного переменного тока.The invention relates to electrical engineering, in particular to converter technology, and can be used on electric locomotives powered by a single-phase alternating current contact network.

Эксплуатация многозонных выпрямительно-инверторных преобразователей (ВИП) на электровозах переменного тока, построенных на управляемых вентилях-тиристорах, сопровождается невысоким энергетическим показателем - коэффициентом мощности в режимах тяги и рекуперативного торможения за счет достаточно большого угла сдвига фаз φ между первой гармоникой тока и напряжения в первичной обмотке трансформатора, а также большого искажения формы кривой синусоидального напряжения сети на их токоприемниках. Это вызывает значительное потребление электровозом реактивной энергии сети. Для повышения коэффициента мощности в силовую схему ВИП, а именно к его выходным выводам (к катодной и анодной шинам) подключают два (первый и второй) силовых неуправляемых вентиля - диода, с помощью которых уменьшается реактивная и увеличивается активная составляющие полной энергии переменного тока, потребляемой двигателями из сети при выпрямлении в режиме тяги и возвращаемой генераторами в сеть при инвертировании в режиме рекуперативного торможения. При работе ВИП в режиме выпрямителя первый диод подключается катодом к катодной и анодом к анодной шинам. При работе ВИП в режиме инвертора второй диод подключается наоборот, а именно анодом к катодной и катодом к анодной шинам. Однако одновременная работа обоих диодов, как в режиме тяги, так и в режиме рекуперативного торможения недопустима. Связано это с тем, что в режиме рекуперативного торможения должен работать только второй диод, а первый диод должен быть отключен, иначе он создаст короткое замыкание между анодной и катодной шинами, чего нельзя допустить. Соответственно, в режиме тяги должен работать только первый диод, а второй диод должен быть отключен, иначе он создаст короткое замыкание между его катодной и анодной шинами, чего также нельзя допустить.The operation of multi-zone rectifier-inverter converters (VIPs) on alternating current electric locomotives built on controlled thyristor valves is accompanied by a low energy indicator - power factor in traction and regenerative braking modes due to a sufficiently large phase angle φ between the first current and voltage harmonics in the primary transformer winding, as well as a large distortion of the shape of the curve of the sinusoidal voltage of the network at their current collectors. This causes a significant consumption by the electric locomotive of the reactive energy of the network. To increase the power factor, two (first and second) power uncontrolled valves - diodes are connected to the power circuit of the VIP, namely to its output terminals (to the cathode and anode buses), with which the reactive component decreases and the active components of the total AC energy consumed increase motors from the network when rectifying in traction mode and returned by generators to the network when inverting in regenerative braking mode. When the VIP is operating in rectifier mode, the first diode is connected by the cathode to the cathode and the anode to the anode buses. When the VIP in inverter mode, the second diode is connected the other way round, namely, the anode to the cathode and the cathode to the anode busbars. However, the simultaneous operation of both diodes, both in traction mode and in regenerative braking mode, is unacceptable. This is due to the fact that in the regenerative braking mode only the second diode should work, and the first diode must be turned off, otherwise it will create a short circuit between the anode and cathode buses, which cannot be allowed. Accordingly, in the traction mode, only the first diode should work, and the second diode must be turned off, otherwise it will create a short circuit between its cathode and anode buses, which also cannot be allowed.

Известны различные пути отключения неуправляемого вентиля - диода, включенного между анодной и катодной шинами ВИП, при переводе работы преобразователя из режима выпрямителя в режим инвертора и наоборот. Одним из таких путей является последовательное подключение к диоду управляемого вентиля - тиристора, который своим запертым состоянием отключает диод.There are various ways to turn off an uncontrolled valve - a diode connected between the anode and cathode buses of a VIP, when the converter operates from rectifier mode to inverter mode and vice versa. One of such ways is the series connection of a controlled gate - thyristor to the diode, which disconnects the diode with its locked state.

Известен способ управления многозонным выпрямителем однофазного переменного тока [Патент на изобретение №2322749. Заявка №2006140957/09 от 20.11.2006, опубликовано: 20.04.2008, Бюл. №11], содержащим четыре зоны на основе параллельных тиристорных мостов с шунтированием цепи выпрямленного тока выпрямителя неуправляемым вентилем - диодом. Способ заключается в регулировании выпрямленного напряжения выпрямителя на всех зонах регулирования и в переводе накопленной энергии индуктивности цепи выпрямленного тока в нагрузку путем шунтирования цепи выпрямленного тока неуправляемым вентилем - диодом, катод которого присоединен к катодной, а анод к анодной шинам выпрямителя. Благодаря диоду уменьшается реактивная и увеличивается активная составляющие полной энергии переменного тока, потребляемой двигателями из сети при выпрямлении в режиме тяге. Это обстоятельство повышает коэффициент мощности выпрямителя. Отключение диода от анодной шин при прекращении режима выпрямления производится с помощью силового контакта тормозного переключателя.A known method of controlling a multi-zone rectifier single-phase alternating current [Patent for the invention No. 2322749. Application No. 2006140957/09 of 11/20/2006, published: 04/20/2008, Bull. No. 11], containing four zones based on parallel thyristor bridges with bypassing the rectified rectifier current circuit by an uncontrolled valve - a diode. The method consists in regulating the rectified voltage of the rectifier in all regulation zones and in transferring the accumulated energy of the inductance of the rectified current circuit to the load by shunting the rectified current circuit with an uncontrolled valve - a diode, the cathode of which is connected to the cathode and the anode to the anode busbars of the rectifier. Thanks to the diode, the reactive decreases and the active components of the total AC energy consumed by the motors from the network during rectification in traction mode increase. This circumstance increases the power factor of the rectifier. The diode is disconnected from the anode bus when the rectification mode is terminated by using the power contact of the brake switch.

Достоинством данного способа управления многозонным выпрямителем является повышение коэффициента мощности на всех четырех зонах регулирования напряжения за счет перевода накопленной энергии индуктивности цепи выпрямленного тока в нагрузку путем шунтирования цепи выпрямленного тока неуправляемым вентилем - диодом.The advantage of this method of controlling a multi-zone rectifier is to increase the power factor in all four voltage regulation zones by translating the accumulated energy of the inductance of the rectified current circuit into the load by shunting the rectified current circuit by an uncontrolled valve - diode.

Недостатком данного способа управления многозонным выпрямителем является то, что при прекращении режима выпрямления отключение диода выполняется с помощью механических контактов тормозного переключателя. Наличие механических контактов в схеме выпрямителя снижает надежность его работы.The disadvantage of this method of controlling a multi-zone rectifier is that when the rectification mode is terminated, the diode is turned off using the mechanical contacts of the brake switch. The presence of mechanical contacts in the rectifier circuit reduces its reliability.

Известен зависимый многозонный инвертор однофазного переменного тока [Патент на изобретение №2418354. Заявка №2010113666/07 от 07.04.2010, опубликовано: 10.05.2011, Бюл. №13], содержащий четыре зоны на основе параллельных тиристорных мостов с шунтированием цепи выпрямленного тока инвертора неуправляемым вентилем - диодом. Диод присоединен катодом к анодной, а анодом к катодной шинам инвертора. Благодаря диоду повышается коэффициент мощности инвертора на всех четырех зонах регулирования напряжения за счет уменьшения угла запаса 5 инвертора, обусловленного уменьшением угла коммутации γ′ большого контура коммутации, при сохранении регулирования напряжения на этих зонах в широком диапазоне. Дело в том, что уменьшение угла запаса δ инвертора уменьшает угол сдвига фаз φ, а следовательно снижает реактивную и повышает активную составляющие полной энергии переменного тока, возвращаемой генераторами в сеть при инвертировании в режиме рекуперативного торможения, что приводит к повышению коэффициента мощности инвертора. Отключение диода от анодной шины при прекращении режима инвертирования производится с помощью силового контакта тормозного переключателя.Known dependent multi-zone inverter single-phase alternating current [Patent for the invention No. 2418354. Application No. 201013666/07 of 04/07/2010, published: 05/10/2011, Bull. No. 13], containing four zones based on parallel thyristor bridges with bypassing the rectified current circuit of the inverter by an uncontrolled valve - a diode. The diode is connected by a cathode to the anode, and the anode to the cathode buses of the inverter. Thanks to the diode, the inverter power factor in all four voltage regulation zones is increased due to a decrease in the margin of supply 5 of the inverter, due to a decrease in the switching angle γ ′ of the large switching circuit, while maintaining voltage regulation in these zones in a wide range. The fact is that a decrease in the supply angle δ of the inverter reduces the phase angle φ, and therefore reduces the reactive and increases the active components of the total AC energy returned by the generators to the network when inverted in the regenerative braking mode, which leads to an increase in the inverter power factor. The diode is disconnected from the anode bus when the inversion mode is terminated by using the power contact of the brake switch.

Достоинством такого зависимого многозонного инвертора является повышение коэффициента мощности на всех четырех зонах регулирования напряжения за счет уменьшения угла запаса δ инвертора, обусловленного уменьшением угла коммутации γ′ большого контура коммутации.The advantage of such a dependent multi-zone inverter is an increase in power factor in all four voltage regulation zones due to a decrease in the inverter’s safety factor δ due to a decrease in the switching angle γ ′ of the large switching circuit.

Недостаток зависимого многозонного инвертора заключается в том, что даже при увеличенном его коэффициенте мощности на всех зонах регулирования отключение диода от анодной шины при прекращении режима инвертирования производится с помощью силового контакта тормозного переключателя, снижающим надежность работы инвертора.The disadvantage of a dependent multi-zone inverter is that even with its increased power factor in all regulation zones, the diode is disconnected from the anode bus when the inversion mode is stopped by using the power contact of the brake switch, which reduces the reliability of the inverter.

Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является способ управления четырехзонным выпрямительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока [Б.Н. Тихменев, В.А. Кучумов. Электровозы переменного тока с тиристорными преобразователями. - М.: Транспорт, 1988. - С.12-45], содержащим параллельные тиристорные мосты. Способ заключается в регулировании выпрямленного напряжения преобразователя на всех четырех зонах регулирования в режимах тяги и рекуперативного торможения, а также в переключении этих режимов с помощью тормозного переключателя. На электровозе между этими режимами имеется время перехода, во время которого электрическая схема одного режима разбирается, а другого собирается. Переход электровоза из режима тяги в режим электрического рекуперативного торможения сопровождается переводом работы преобразователя из режима выпрямителя в режим инвертора. Во время такого перехода на электровозе включается тормозной переключатель, который своими силовыми и управленческими контактами создает работу преобразователя в режиме инвертора. При обратном переходе электровоза из рекуперативного торможения в режим тяги силовые и управленческие контакты тормозного переключателя собирают режим работы выпрямителя.Closest to the claimed solution for the combination of essential features and the achieved result is a method of controlling a four-zone rectifier-inverter converter of a single-phase alternating current [B.N. Tikhmenev, V.A. Kuchumov. Electric locomotives of alternating current with thyristor converters. - M .: Transport, 1988. - S.12-45], containing parallel thyristor bridges. The method consists in regulating the rectified voltage of the converter in all four regulation zones in traction and regenerative braking modes, as well as in switching these modes using a brake switch. On an electric locomotive, between these modes there is a transition time during which the electrical circuit of one mode is disassembled and the other is assembled. The transition of an electric locomotive from traction mode to electric regenerative braking mode is accompanied by a transfer of the converter from rectifier mode to inverter mode. During such a transition, the brake switch is activated on the electric locomotive, which with its power and control contacts creates the operation of the converter in inverter mode. When the electric locomotive returns from regenerative braking to traction mode, the power and managerial contacts of the brake switch collect the rectifier operation mode.

Недостатком данного способа управления преобразователем является невысокий его коэффициент мощности в режимах выпрямителя и инвертора, а сам переход из режима выпрямителя в инвертор и обратно выполняется с помощью механических силовых и управленческих контактов тормозного переключателя, на работу которых требуется достаточно большое время срабатывания (несколько секунд), причем наличие механических контактов снижает надежность работы преобразователя.The disadvantage of this method of controlling the converter is its low power factor in the rectifier and inverter modes, and the transition from the rectifier mode to the inverter and vice versa is performed using mechanical power and control contacts of the brake switch, which require a rather long response time (several seconds), moreover, the presence of mechanical contacts reduces the reliability of the converter.

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке способа управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока с высоким коэффициентом мощности на всех зонах регулирования выпрямленного напряжения преобразователя в режимах выпрямителя и инвертора за счет шунтирования цепи выпрямленного тока преобразователя двумя цепочками, каждая из которых состоит из последовательно включенных между собой диода и тиристора и подключена между катодной и анодной шинами преобразователя только в одном режиме, и повышенной надежностью его работы путем бесконтактного отключения одной из цепочек при переходе преобразователя из режима выпрямителя в инвертор и наоборот.The problem solved by the invention is to develop a method for controlling a multi-zone rectifier-inverter converter of a single-phase alternating current with a high power factor in all zones of regulation of the rectified voltage of the converter in the rectifier and inverter modes by shunting the rectified current circuit of the converter in two chains, each of which consists in series interconnected diode and thyristor and is connected between the cathode and anode buses of the converter in only one m operation, and high reliability of its work by disabling the non-contact one of the chains at the transition of the inverter to the inverter rectifier mode and vice versa.

Для решения поставленной задачи в известном способе управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока, содержащим четыре зоны на основе параллельных тиристорных мостов, заключающемся в регулировании выпрямленного напряжения преобразователя на всех четырех зонах в режимах выпрямителя и инвертора и в переключении этих режимов с помощью контактов тормозного переключателя, повышение коэффициента мощности преобразователя в режимах выпрямителя и инвертора при регулировании их выпрямленного напряжения осуществляют путем шунтирования цепи выпрямленного тока одной из двух (первой и второй) цепочек, состоящих из последовательно включенных между собой диода и тиристора, который отпирают путем подачи на его управляющий электрод импульса управления с соответствующей режиму работы преобразователя (выпрямитель или инвертор) фазой, и подключенных между катодной и анодной шинами, причем к катодной шине преобразователя диод первой цепочки в режиме выпрямителя подключают катодом, диод второй цепочки в режиме инвертора - анодом, а повышение надежности работы преобразователя осуществляют путем бесконтактного отключения одной из этих цепочек от анодной шины при переходе преобразователя из режима выпрямителя в инвертор и наоборот с помощью тиристора, который своим запертым состоянием отключает соответствующую цепочку.To solve the problem in the known method of controlling a multi-zone rectifier-inverter single-phase AC converter containing four zones based on parallel thyristor bridges, which consists in regulating the rectified voltage of the converter in all four zones in the rectifier and inverter modes and switching these modes using the brake contacts switch, increasing the power factor of the converter in the rectifier and inverter modes when regulating them rectified the voltage is carried out by shunting the rectified current circuit of one of the two (first and second) circuits, consisting of a diode and a thyristor connected in series with each other, which is unlocked by supplying a control pulse with a corresponding converter operating mode (rectifier or inverter) to its control electrode, and connected between the cathode and anode buses, and the diode of the first circuit in the rectifier mode is connected to the cathode bus of the converter by the cathode, the diode of the second chain in the inverter mode is connected by the anode, and The reliability of the converter is increased by contactless disconnection of one of these chains from the anode bus when the converter is switched from the rectifier to the inverter mode and vice versa using a thyristor, which disconnects the corresponding circuit with its locked state.

Шунтирование цепи выпрямленного тока преобразователя в режимах выпрямителя и инвертора одной из двух (первой и второй) цепочек, состоящих из последовательно включенных между собой диода и тиристора, который отпирают путем подачи на его управляющий электрод импульса управления с соответствующей режиму работы преобразователя (выпрямитель или инвертор) фазой, и подключенных между катодной и анодной шинами, и бесконтактное отключение одной из них от анодной шины при переходе преобразователя из режима выпрямителя в инвертор и наоборот с помощью тиристора, который своим запертым состоянием отключает соответствующий диод, отличают заявляемое решение от прототипа. Наличие существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «новизна».Shunting the rectified current circuit of the converter in the rectifier and inverter modes of one of the two (first and second) chains consisting of a diode and a thyristor connected in series with each other, which is unlocked by applying a control pulse to its control electrode with the corresponding converter operating mode (rectifier or inverter) phase, and connected between the cathode and anode buses, and non-contact disconnection of one of them from the anode bus when the converter is switched from rectifier to inverter mode and vice versa with the power of the thyristor, which with its locked state disables the corresponding diode, distinguishes the claimed solution from the prototype. The presence of significant distinguishing features indicates the conformity of the proposed solution to the patentability criterion of "novelty."

Благодаря шунтированию цепи выпрямленного тока преобразователя в режимах выпрямителя и инвертора одной из двух (первой и второй) цепочек, состоящих из последовательно включенных между собой диода и тиристора, который отпирают путем подачи на его управляющий электрод импульса управления с соответствующей режиму работы преобразователя (выпрямитель или инвертор) фазой, и подключенных между катодной и анодной шинами, и бесконтактному отключению одной из них от анодной шины при переходе преобразователя из режима выпрямителя в инвертор и наоборот с помощью тиристора, который своим запертым состоянием отключает соответствующий диод, осуществляется увеличение коэффициента мощности преобразователя на всех зонах регулирования и повышение надежности его работы при переходах из режима выпрямителя в режим инвертора и наоборот.By shunting the rectified current circuit of the converter in the rectifier and inverter modes, one of the two (first and second) chains consisting of a diode and a thyristor connected in series with each other, which is unlocked by supplying a control pulse to its control electrode with the corresponding converter operating mode (rectifier or inverter ) phase, and connected between the cathode and anode buses, and contactless disconnection of one of them from the anode bus when the converter goes from rectifier to inverter mode and circulation via the thyristor which disables its locked state corresponding diode carried magnification factor of the power converter to regulate all zones and increase the reliability of its operation during transitions from the rectifier mode to the inverter mode and vice versa.

Это обусловлено следующим. Шунтирование диодом и тиристором в режимах выпрямителя и инвертора цепи выпрямленного тока приводит к уменьшению угла φ, что уменьшает реактивную и увеличивает активную составляющую полной энергии переменного тока. В результате, это ведет к увеличению коэффициента мощности на всех зонах регулирования. Последовательное подключение к каждому диоду управляемого вентиля-тиристора, который своим запертым состоянием отключает соответствующий диод, приводит к бесконтактному отключению от анодной шины первой цепочки из диода и тиристора при переходе выпрямителя в режим инвертора и второй цепочки из диода и тиристора при переходе инвертора в режим выпрямителя, что повышает надежность работы преобразователя при его переходах из одного режима в другой и обратно.This is due to the following. Shunting by the diode and thyristor in the rectifier and inverter modes of the rectified current circuit leads to a decrease in the angle φ, which reduces the reactive and increases the active component of the total AC energy. As a result, this leads to an increase in power factor in all control zones. Serial connection to each diode of a controlled thyristor valve, which shuts off the corresponding diode with its locked state, leads to a contactless disconnection of the first circuit from the diode and thyristor from the anode bus when the rectifier switches to inverter mode and the second chain from the diode and thyristor when the inverter switches to rectifier mode , which increases the reliability of the converter during its transitions from one mode to another and vice versa.

Причинно-следственная связь «шунтирование одной из двух цепочек в режимах выпрямителя или инвертора цепи выпрямленного тока - уменьшение реактивной и увеличение активной составляющих полной энергии переменного тока - уменьшение угла φ - увеличение коэффициента мощности на всех зонах регулирования», а также «последовательное подключение к каждому диоду управляемого вентиля-тиристора, который своим запертым состоянием отключает соответствующий диод, - бесконтактное отключение от анодной шины первой цепочки при переходе выпрямителя в режим инвертора и второй цепочки при переходе инвертора в режим выпрямителя - повышение надежности работы преобразователя при его переходах из режима выпрямителя в режим инвертора и обратно» явно не вытекает из существующего уровня техники и является новой.Causal relationship “shunting one of the two chains in the rectifier or inverter modes of the rectified current circuit - reducing the reactive and increasing the active components of the total energy of the alternating current - decreasing the angle φ - increasing the power factor in all regulation zones”, as well as “connecting in series to each a diode of a controlled thyristor valve, which disconnects the corresponding diode with its locked state, - contactless disconnection of the first circuit from the anode bus when the rectifier switches to Mode of the inverter and the second chain in the transition of the inverter to the rectifier mode - increase the reliability converter operation in its transition from the rectifier mode to inverter mode and back "clearly does not follow from the prior art and it is new.

Наличие новых причинно-следственных связей «существенные отличительные признаки - результат» свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».The presence of new cause-effect relationships “significant distinguishing features - the result” indicates the compliance of the claimed solution with the patentability criterion of “inventive step”.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема многозонного выпрямительно-инверторного преобразователя по заявляемому способу управления.In FIG. 1 shows a circuit diagram of a multi-zone rectifier-inverter converter according to the claimed control method.

На фиг. 2 показаны процессы работы на 1-й и на 4-й зонах регулирования многозонного выпрямительно-инверторного преобразователя в режиме выпрямителя по заявляемому способу управления.In FIG. 2 shows the operating processes on the 1st and 4th control zones of a multi-zone rectifier-inverter converter in the rectifier mode according to the claimed control method.

На фиг. 3 показаны процессы работы на 1-й и на 4-й зонах регулирования многозонного выпрямительно-инверторного преобразователя в режиме инвертора по заявляемому способу управления.In FIG. 3 shows the processes of operation on the 1st and 4th zones of regulation of a multi-zone rectifier-inverter converter in inverter mode according to the claimed control method.

Заявляемый способ управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока осуществляется в устройстве (см. фиг. 1), содержащем трансформатор, многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь на основе параллельных тиристорных мостов, два неуправляемых вентиля-диода, два управляемых вентиля-тиристора и цепь выпрямленного тока нагрузки.The inventive method of controlling a multi-zone rectifier-inverter converter of single-phase alternating current is carried out in a device (see Fig. 1) containing a transformer, a multi-zone rectifier-inverter converter based on parallel thyristor bridges, two uncontrolled valve diodes, two controlled thyristor valves and a rectified circuit load current.

Трансформатор имеет первичную обмотку 1, подключенную к источнику 2 питающего напряжения сети, и вторичную обмотку, выполненную в виде трех последовательно соединенных секций 3, 4, 5 с выводами 6, 7, 8, 9 от каждой из них. Первые две малые секции 3 и 4 имеют равное количество витков, а третья большая секция 5 имеет в два раза большее количество витков по сравнению с ними, т.е. равна сумме первых двух секций 3 и 4.The transformer has a primary winding 1 connected to a power supply source 2, and a secondary winding made in the form of three series-connected sections 3, 4, 5 with conclusions 6, 7, 8, 9 from each of them. The first two small sections 3 and 4 have an equal number of turns, and the third large section 5 has a twice as many turns in comparison with them, i.e. equal to the sum of the first two sections 3 and 4.

Многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь выполнен из параллельных тиристорных мостов, состоящих из нескольких цепочек. Каждая цепочка содержит пару 10-11, 12-13, 14-15 и 16-17 последовательно соединенных тиристорных плеч. Все четные 10, 12, 14 и 16 тиристорные плечи образуют катодную 18, а все нечетные 11, 13, 15 и 17 тиристорные плечи анодную 19 группы плеч преобразователя. Катоды всех вентилей катодной группы, соединенные в одну общую точку схемы, образуют катодную 20 шину, а аноды всех вентилей анодной группы, соединенные в другую общую точку схемы, образуют анодную 21 шину преобразователя. Средние точки цепочек подключены к соответствующим выводам секций 3, 4, 5 вторичной обмотки трансформатора.The multi-zone rectifier-inverter converter is made of parallel thyristor bridges consisting of several chains. Each chain contains a pair of 10-11, 12-13, 14-15 and 16-17 series-connected thyristor arms. All even 10, 12, 14, and 16 thyristor arms form the cathode 18, and all odd 11, 13, 15, and 17 thyristor arms are the anode 19 of the converter arm group. The cathodes of all the valves of the cathode group connected to one common point of the circuit form the cathode 20 bus, and the anodes of all the valves of the anode group connected to another common point of the circuit form the anode 21 bus of the converter. The midpoints of the chains are connected to the corresponding terminals of sections 3, 4, 5 of the secondary winding of the transformer.

Два неуправляемых вентиля-диода 22, 23 и два управляемых вентиля-тиристора 24, 25 образуют две встречно параллельные цепочки 22-24 и 23-25, каждая из которых состоит из последовательного включения между собой диода 22 (23) и тиристора 24 (25). Катод диода 22 первой цепочки 22-24 подключен к катодной 20, а анод тиристора 24 этой цепочки - к анодной 21 шинам преобразователя. В свою очередь, анод диода 23 второй цепочки 23-25 подключен к катодной 20, а катод тиристора 25 - к анодной 21 шинам преобразователя.Two uncontrolled valve diodes 22, 23 and two controlled thyristor valves 24, 25 form two counter-parallel circuits 22-24 and 23-25, each of which consists of diode 22 (23) and thyristor 24 (25) connected in series with each other. . The cathode of the diode 22 of the first circuit 22-24 is connected to the cathode 20, and the anode of the thyristor 24 of this chain is connected to the anode 21 of the converter bus. In turn, the anode of the diode 23 of the second circuit 23-25 is connected to the cathode 20, and the cathode of the thyristor 25 is connected to the anode 21 of the converter bus.

Цепь 26 выпрямленного тока нагрузки включает в себя сглаживающий реактор 27 и электрическую машину 28 постоянного тока, включенные между собой последовательно. Цепь 26 подключена со стороны сглаживающего реактора 27 к катодной 20, а со стороны электрической машины 28 к анодной 21 шинам преобразователя.The load rectified circuit 26 includes a smoothing reactor 27 and an electric DC machine 28 connected in series with each other. The circuit 26 is connected from the side of the smoothing reactor 27 to the cathode 20, and from the side of the electric machine 28 to the anode 21 of the converter busbars.

Способ управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем заключается в повышении коэффициента мощности преобразователя в режимах выпрямителя и инвертора при регулировании их выпрямленного напряжения путем шунтирования цепи выпрямленного тока нагрузки одной из двух цепочек, каждая из которых состоит из последовательно включенных между собой диода и тиристора, который отпирают путем подачи на его управляющий электрод импульса управления с соответствующей режиму работы преобразователя (выпрямитель или инвертор) фазой, и бесконтактном отключении одной из двух (первой и второй) цепочек от анодной шины при переходе преобразователя из режима выпрямителя в инвертор и обратно, с помощью запертого состояния управляемого вентиля-тиристора, которое сохраняется на протяжении времени этого перехода и времени работы преобразователя в режим выпрямителя или инвертора.A method of controlling a multi-zone rectifier-inverter converter is to increase the power factor of the converter in the rectifier and inverter modes by regulating their rectified voltage by shunting the rectified load current circuit of one of the two chains, each of which consists of a diode and a thyristor connected in series with each other, which is unlocked by supply to its control electrode a control pulse with the phases corresponding to the operation mode of the converter (rectifier or inverter) oh, and contactless disconnection of one of the two (first and second) chains from the anode bus when the converter is switched from the rectifier mode to the inverter and vice versa, using the locked state of the controlled thyristor valve, which remains during this transition time and the converter operating time in the mode rectifier or inverter.

Повышение коэффициента мощности преобразователя в режиме выпрямителя при регулировании его выпрямленного напряжения на четырех зонах осуществляют путем шунтирования цепи 26 выпрямленного тока нагрузки первой цепочкой 22-24, состоящей из последовательно включенных между собой диода 22 и тиристора 24, который отпирают путем подачи на его управляющий электрод импульса управления α с фазой ωt=0. Причем в этой цепочке катод диода 22 подключен к катодной 20, а анод тиристора 24 - к анодной 21 шинам преобразователя.An increase in the power factor of the converter in the rectifier mode when regulating its rectified voltage in four zones is carried out by shunting the circuit 26 of the rectified load current by the first circuit 22-24, consisting of a diode 22 and a thyristor 24 connected in series with each other, which is unlocked by applying a pulse to its control electrode control α with phase ωt = 0. Moreover, in this chain, the cathode of the diode 22 is connected to the cathode 20, and the anode of the thyristor 24 is connected to the anode 21 of the converter bus.

Работа выпрямителя на 1-й зоне осуществляется путем подачи однофазного переменного напряжения от источника питания сети 2 на первичную обмотку 1 трансформатора. Далее секция 4 его вторичной обмотки подает напряжение на средние точки цепочек тиристорных плеч 12-13 и 14-15. Бесконтактное отключение одной из двух (первой 22-24 или второй 23-25) цепочек от анодной 21 шины при переходе преобразователя из режима выпрямителя в инвертор и обратно осуществляют с помощью запертого состояния управляемого вентиля-тиристора 24 или 25, включенного в состав соответствующей цепочки. Запертое состояние соответствующего тиристора возникает при подаче на его анод-катод обратного выпрямленного напряжения со стороны преобразователя после окончания проводящего состояния диода и тиристора в том или ином режиме. Помимо этого на управляющий электрод соответствующего тиристора не подают импульс управления α на протяжении времени перехода и времени работы преобразователя в том режиме, в течение которого надо отключить цепочку.The operation of the rectifier in the 1st zone is carried out by applying a single-phase alternating voltage from the power source of the network 2 to the primary winding 1 of the transformer. Next, section 4 of its secondary winding supplies voltage to the midpoints of the chains of thyristor arms 12-13 and 14-15. Non-contact disconnection of one of the two (first 22-24 or second 23-25) chains from the anode bus 21 when the converter is switched from rectifier to inverter mode and vice versa is carried out using the locked state of the controlled thyristor 24 or 25 included in the corresponding circuit. The locked state of the corresponding thyristor occurs when a reverse rectified voltage is applied to its anode-cathode from the converter side after the end of the conducting state of the diode and thyristor in one mode or another. In addition, the control pulse α is not supplied to the control electrode of the corresponding thyristor during the transition time and the converter operating time in the mode during which the circuit must be disconnected.

Процесс регулирования выпрямленного напряжения выпрямителя на 1-й зоне (см. фиг. 2, a) происходит благодаря подаче в каждом (первом и втором) полупериоде напряжения сети, обозначенных на фиг. 1 сплошной и пунктирной стрелками, импульсов управления α с фазой ωt=α_рег на тиристоры следующих плеч. В первом полупериоде по сплошной стрелке импульсы управления подаются на плечи 12, 15, а во втором полупериоде по пунктирной стрелке на плечи 13, 14. Тиристоры этих плеч отпираются и заставляют коммутировать (закрываться) с длительностью угла γ_р регулируемой коммутации диод 22 и тиристор 24, которые были открыты с начала каждого полупериода напряжения (т.е. в момент времени ωt=0). Открытие вентилей 22 и 24 произошло благодаря подаче на их аноды положительного потенциала ЭДС самоиндукции со стороны цепи 26 выпрямленного тока и подаче на управляющий электрод тиристора 24 импульса управления α с фазой ωt=0. Открытие диода 22 и тиристора 24 заставляет коммутировать (закрывать) тиристоры плеч 13, 14 в полупериоде по сплошной стрелке и тиристоры плеч 12, 15 в полупериоде по пунктирной стрелке. Через открытые вентили 22 и 24 на интервале времени от ωt=0 до ωt=α_рег+γ_р происходит перевод накопленной энергии в индуктивности цепи 26 выпрямленного тока в нагрузку - электрическую машину 28, работающей двигателем при выпрямительном режиме преобразователя. Это приводит к снижению потребления выпрямителем реактивной и увеличению активной составляющей полной энергии переменного тока, а следовательно, к уменьшению угла φ и повышению коэффициента мощности выпрямителя.The process of regulating the rectified rectifier voltage in the 1st zone (see Fig. 2, a) occurs due to the supply in each (first and second) half-cycle of the mains voltage indicated in FIG. 1 by solid and dashed arrows, control pulses α with phase ωt = α _reg to thyristors of the following arms. In the first half cycle of the continuous direction control pulses are applied to the shoulders 12, 15 and in the second half cycle by the dotted arrow in the shoulders 13, these shoulders 14. Thyristors are unlocked and forced switch (closed) with a duration angle γ _p adjustable switching diode 22 and thyristor 24 that were opened from the beginning of each half-period of voltage (i.e., at the time ωt = 0). The valves 22 and 24 were opened due to the supply of a positive self-induction EMF potential to their anodes from the side of the rectified current circuit 26 and the supply of a control pulse α with phase ωt = 0 to the thyristor 24 control electrode. The opening of the diode 22 and the thyristor 24 forces to commute (close) the thyristors of the arms 13, 14 in the half-cycle in the solid arrow and the thyristors of the arms 12, 15 in the half-cycle in the dashed arrow. Through the open valves 22 and 24, in the time interval from ωt = 0 to ωt = α _reg + γ _p , the accumulated energy is converted into the inductance of the rectified current circuit 26 into a load - an electric machine 28 operating by the motor in the rectifier mode of the converter. This leads to a decrease in the consumption of the reactive rectifier and an increase in the active component of the total energy of the alternating current, and therefore to a decrease in the angle φ and an increase in the power factor of the rectifier.

Работа выпрямителя на 2, 3 и 4-й зонах осуществляется путем подачи напряжения от источника 2 на первичную обмотку 1 трансформатора. Далее секции 3, 4 и 5 подают напряжение на средние точки цепочек тиристорных плеч 10-11, 12-13, 14-15, 16-17.The operation of the rectifier in the 2nd, 3rd and 4th zones is carried out by applying voltage from the source 2 to the primary winding 1 of the transformer. Next, sections 3, 4 and 5 supply voltage to the midpoints of the chains of thyristor arms 10-11, 12-13, 14-15, 16-17.

Процесс регулирования выпрямленного напряжения выпрямителя на 2, 3 и 4-й зонах регулирования (см. фиг. 2, б) происходит благодаря подаче в первом и втором полупериодах напряжения сети импульсов управления α с фазой ωt=α₀ на тиристоры соответствующих этим полупериодам двух плеч моста каждой предыдущей зоны (например, на 2-й зоне - плечи 12, 15 и 13, 14, на 3-й зоне - плечи 14, 17 и 15, 16, на 4-й зоне - плечи 12, 17 и 13, 16), а также подаче в соответствующих полупериодах импульсов управления α с фазой ωt=α_рег на тиристоры одного плеча другого моста, образующего последующую зону (на 2-й зоне - плечо 10 и 11, на 3-й зоне - плечо 12 и 13, на 4-й зоне - плечо 10 и 11). Тиристоры указанных плеч отпираются и осуществляют процесс регулирования выпрямленного напряжения выпрямителя. Открытие на 2, 3 и 4-й зонах в первом и втором полупериодах напряжения тиристоров соответствующих двух плеч предыдущей зоны (например, на 4-й зоне - это плечи 12, 17 и 13, 16) приводит к коммутации (закрытию) с длительностью угла γ₁ основной коммутации γ=γ₁+γ₂ диода 22 и тиристора 24, которые были открыты с начала каждого полупериода напряжения (т.е. в моменты времени ωt=0, π, 2π и т.д.). Открытие вентилей 22 и 24 произошло благодаря подаче на их аноды положительного потенциала ЭДС самоиндукции со стороны цепи 26 выпрямленного тока и подаче на управляющий электрод тиристора 24 импульса управления α с фазой ωt=0. Открытие диода 22 и тиристора 24 заставляет коммутировать (закрываться) тиристоры плеч 11, 16 в первом полупериоде и плеч 10, 17 во втором полупериоде. Через открытые вентили 22 и 24 на интервале времени от ωt=0 до ωt=α₀+γ₁ происходит перевод накопленной энергии в индуктивности цепи 26 выпрямленного тока в нагрузку - электрическую машину 28, работающей двигателем при выпрямительном режиме преобразователя. Это приводит, как и на 1-й зоне, к повышению коэффициента мощности выпрямителя на 2, 3 и 4-й зонах выпрямителя.The process of regulating the rectified rectifier voltage in the 2nd, 3rd and 4th control zones (see Fig. 2b) occurs due to the supply of control pulses α with phase ωt = α ₀ to the thyristors corresponding to these half periods of two arms in the first and second half-periods of voltage the bridge of each previous zone (for example, on the 2nd zone - shoulders 12, 15 and 13, 14, on the 3rd zone - shoulders 14, 17 and 15, 16, on the 4th zone - shoulders 12, 17 and 13, 16) and supplied to the respective half-cycles of the control pulses α with the phase ωt = α _reg thyristors on a shoulder of another bridge forming follow th band (the 2nd zone - a shoulder 10 and 11 on band 3 - 12 and shoulder 13, at the 4th zone - shoulder 10 and 11). The thyristors of these arms are unlocked and carry out the process of regulating the rectified voltage of the rectifier. Opening on the 2nd, 3rd and 4th zones in the first and second half-periods of the thyristor voltage the corresponding two shoulders of the previous zone (for example, on the 4th zone - these are the shoulders 12, 17 and 13, 16) leads to switching (closing) with the duration of the angle γ _{1 of the} main switching γ = γ ₁ + γ _{2 of} diode 22 and thyristor 24, which were open from the beginning of each half-period of voltage (i.e., at time instants ωt = 0, π, 2π, etc.). The valves 22 and 24 were opened due to the supply of a positive self-induction EMF potential to their anodes from the side of the rectified current circuit 26 and the supply of a control pulse α with phase ωt = 0 to the thyristor 24 control electrode. The opening of the diode 22 and the thyristor 24 forces to commute (close) the thyristors of the arms 11, 16 in the first half-cycle and the arms 10, 17 in the second half-cycle. Through the open valves 22 and 24, in the time interval from ωt = 0 to ωt = α ₀ + γ ₁ , the accumulated energy in the inductance of the rectified current circuit 26 is converted to a load - an electric machine 28 operating by the motor in the rectifier mode of the converter. This leads, as in the 1st zone, to an increase in the power factor of the rectifier in the 2nd, 3rd and 4th zones of the rectifier.

Бесконтактное отключение цепочки из диода 22 и тиристора 24 при переходе преобразователя из режима выпрямителя в режим инвертора происходит с помощью запертого состояния управляемого вентиля-тиристора 24, включенного последовательно с диодом 22. Запертое состояние тиристора 24 возникает при подаче на его анод-катод обратного выпрямленного напряжения со стороны преобразователя после окончания проводящего состояния диода и тиристора в режиме выпрямителя. В тоже время на управляющий электрод тиристора 24 не подают импульс управления α на протяжении времени перехода и времени работы преобразователя в режиме инвертора.Non-contact disconnection of the chain from the diode 22 and thyristor 24 when the converter is switched from the rectifier to the inverter mode occurs using the locked state of the controlled thyristor valve 24, connected in series with the diode 22. The locked state of the thyristor 24 occurs when a reverse rectified voltage is applied to its anode-cathode from the converter side after the end of the conducting state of the diode and thyristor in the rectifier mode. At the same time, the control electrode α of the thyristor 24 is not supplied with a control pulse α during the transition time and the converter operating time in the inverter mode.

Повышение коэффициента мощности преобразователя в режиме инвертора при регулировании его выпрямленного напряжения на четырех зонах осуществляют путем шунтирования цепи 26 выпрямленного тока нагрузки второй цепочкой 23-25, состоящей из последовательно включенных между собой диода 23 и тиристора 25. Причем в этой цепочке анод диода 23 подключен к катодной 20, а катод тиристора 25 - к анодной 21 шинам преобразователя.An increase in the power factor of the converter in the inverter mode when regulating its rectified voltage in four zones is carried out by shunting the circuit 26 of the rectified load current by a second circuit 23-25, consisting of a diode 23 and a thyristor 25 connected in series with each other. Moreover, in this chain the anode of the diode 23 is connected to cathode 20, and the cathode of thyristor 25 to the anode 21 of the Converter bus.

Работа инвертора на 1-й зоне осуществляется путем подачи однофазного переменного напряжения от источника питания сети 2 на первичную обмотку 1 трансформатора. Далее секция 4 его вторичной обмотки подает напряжение на средние точки цепочек тиристорных плеч 12-13 и 14-15.The inverter in the 1st zone is carried out by supplying a single-phase alternating voltage from the power supply network 2 to the primary winding 1 of the transformer. Next, section 4 of its secondary winding supplies voltage to the midpoints of the chains of thyristor arms 12-13 and 14-15.

Процесс регулирования выпрямленного напряжения инвертора на 1-й зоне (см. фиг. 3, а) происходит благодаря подаче в первом полупериоде напряжения сети импульсов управления α с фазой ωt=π-β (где β - угол опережения инвертора) на тиристоры плеча 12 и с фазой ωt=π-β_рег (где β_рег - регулируемый угол опережения инвертора) на тиристоры плеча 15 в первом полупериоде. Во втором полупериоде напряжения сети подают импульсы управления α с фазой ωt=π-β на тиристоры плеча 14 и с фазой ωt=π-β_рег на тиристоры плеча 13.The process of regulating the rectified voltage of the inverter in the 1st zone (see Fig. 3, a) occurs due to the supply in the first half-cycle of the voltage of the network of control pulses α with the phase ωt = π-β (where β is the lead angle of the inverter) to the arm thyristors 12 with phase ωt = π-β _reg (where β _reg is the adjustable inverter lead angle) on the thyristors of arm 15 in the first half-cycle. In the second half-cycle of the mains voltage, control pulses α with phase ωt = π-β are applied to the thyristors of arm 14 and with phase ωt = π-β _reg to the thyristors of arm 13.

В первом полупериоде тиристоры плеча 12 отпираются и заставляют коммутировать (закрываться) с длительностью угла γ основной коммутации тиристоры плеча 14, а тиристоры плеча 15 своим открытием коммутируют (закрывают) с длительностью угла γ_р регулируемой коммутации тиристоры плеча 13. Таким образом, в момент отпирания с фазой ωt=π-β тиристоров плеча 12 через открытое ранее в момент времени ωt=π-β_рег плечо 15 и цепочку 23-25 создается контур тока короткого замыкания для напряжения секции 4 вторичной обмотки, минуя цепь 26 выпрямленного тока (сглаживающий реактор 27 и электрическая машина 28 в режиме генератора). Точно так же во втором полупериоде отпираются с фазой ωt=2π-β тиристоры плеча 14, которые заставляют закрываться с длительностью угла γ тиристоры плеча 12, а тиристоры плеча 13 своим более ранним открытием в момент ωt=π-β_рег закрывают с длительностью угла γ_р тиристоры плеча 15. И теперь уже в момент ωt=2π-β создается контур тока короткого замыкания для напряжения секции 4 через открытые плечи 14, 13 и цепочку 23-25. В результате диод 23 и тиристор 25 шунтируют последовательно включенные сглаживающий реактор 27 и генератор постоянного тока 28, составляющие цепочку 26.In the first half-cycle, the thyristors of the arm 12 are unlocked and forced to commute (close) with the duration of the angle γ of the main switching arm thyristors 14, and the thyristors of the arm 15 with their opening switch (close) with the duration of the angle γ _{p of the} adjustable commutation arm thyristors 13. Thus, at the time of unlocking with the phase of ωt = π-β thyristors arm 12 through the open earlier in time ωt = π-β _reg arm 15 and chain 23-25 creates a fault current circuit 4 for the slice voltage secondary winding, the rectified current bypassing circuit 26 (smoothing rd reactor 27 and electric machine 28 in generator mode). Similarly, in the second half-cycle, the thyristors of the arm 14 are unlocked with the phase ωt = 2π-β, which cause the thyristors of the arm 12 to close with the duration of the angle γ, and the thyristors of the arm 13 are closed with the earlier opening at the moment ωt = π-β _reg with the duration of the angle γ _p thyristors of the arm 15. And now already at the time ωt = 2π-β, a short-circuit current loop is created for the voltage of section 4 through the open arms 14, 13 and the chain 23-25. As a result, the diode 23 and the thyristor 25 bypass the series-connected smoothing reactor 27 and the direct current generator 28 constituting the chain 26.

В результате короткого замыкания секции 4 ток по диоду 23 и тиристору 25, а также по тиристорным плечам 12, 15 в первом полупериоде и плечам 14, 13 во втором полупериоде резко возрастает и тем самым быстрее проходит процесс их полного открытия, что приводит к уменьшению длительности коммутации вентилей 12, 15 и 14, 13, т.е. к уменьшению угла γ по сравнению с работой инвертора без цепочки 23-25. Уменьшение γ позволяет уменьшить в автоматической системе регулирования заданную величину (уставку) угла запаса δ инвертора, что приводит в дальнейшей работе инвертора к автоматическому уменьшению угла опережения β, так как β=γ+δ. Уменьшение угла β приводит к уменьшению угла сдвига фаз φ и к увеличению коэффициента мощности инвертора на 1-й зоне регулирования.As a result of the short circuit of section 4, the current through the diode 23 and the thyristor 25, as well as along the thyristor arms 12, 15 in the first half-cycle and the arms 14, 13 in the second half-cycle, increases sharply and thereby faster the process of their full opening, which leads to a decrease in the duration switching valves 12, 15 and 14, 13, i.e. to a decrease in the angle γ compared with the operation of the inverter without a chain 23-25. The decrease in γ allows to reduce the set value (set point) of the inverter’s safety angle δ in the automatic control system, which leads to the automatic reduction of the lead angle β in the further operation of the inverter, since β = γ + δ. A decrease in the angle β leads to a decrease in the phase angle φ and to an increase in the power factor of the inverter in the 1st regulation zone.

Кроме того, при закорачивании диодом 23 и тиристором 25 катодной 20 и анодной 21 шин инвертора устанавливается небольшое по величине (3-4 B) прямое падение напряжения на вентилях 23 и 25, что значительно уменьшает величину отрицательной составляющей выпрямленного напряжения на протяжении угла β, которая вычитается из положительной составляющей выпрямленного напряжения на протяжении угла π-β. В результате, среднее значение выпрямленного напряжения инвертора увеличивается в каждом полупериоде напряжения, что увеличивает возврат в сеть активной составляющей полной мощности инвертирования энергии генератора.In addition, when shorting the diode 23 and thyristor 25 of the cathode 20 and anode 21 of the inverter buses, a small (3-4 V) direct voltage drop across the valves 23 and 25 is established, which significantly reduces the negative component of the rectified voltage over the angle β, which subtracted from the positive component of the rectified voltage over the angle π-β. As a result, the average value of the rectified voltage of the inverter increases in each half-cycle of the voltage, which increases the return to the network of the active component of the total inverting power of the generator energy.

После смены полярности напряжения сети в точке π, 2π и т.д. диод 23 и тиристор 25 запираются обратным для них выпрямленным напряжением инвертора. В результате, выпрямленное напряжение инвертора через анодную 21 и катодную 20 шины прикладывается к цепи 26 выпрямленного тока нагрузки, т.е. к цепи последовательно включенных генератора 28 и сглаживающего реактора 27. С этого момента времени через плечи 12, 15 в первом и плечи 14, 13 во втором полупериодах напряжения сети генератор начинает инвертировать свой ток через трансформатор в сеть.After changing the polarity of the network voltage at the point π, 2π, etc. the diode 23 and the thyristor 25 are locked by the reverse rectified voltage of the inverter. As a result, the rectified voltage of the inverter through the anode 21 and the cathode 20 of the bus is applied to the circuit 26 of the rectified load current, i.e. to the circuit of a series-connected generator 28 and a smoothing reactor 27. From this moment through the arms 12, 15 in the first and arms 14, 13 in the second half-periods of the mains voltage, the generator begins to invert its current through the transformer to the network.

Работа инвертора на 2, 3 и 4-й зонах осуществляется путем подачи напряжения от источника питания 2 на первичную обмотку 1 трансформатора. Далее секции 3, 4 и 5 его вторичной обмотки подают напряжение на средние точки цепочек тиристорных плеч 10-11, 12-13, 14-15 и 16-17.The inverter in the 2nd, 3rd and 4th zones is carried out by applying voltage from the power source 2 to the primary winding 1 of the transformer. Next, sections 3, 4 and 5 of its secondary winding supply voltage to the midpoints of the chains of thyristor arms 10-11, 12-13, 14-15 and 16-17.

Процесс регулирования выпрямленного напряжения инвертора на 2, 3 и 4-й зонах регулирования (см. фиг. 3, б) происходит благодаря подаче в первом и втором полупериодах напряжения сети сигналов управления с фазой β на тиристоры соответствующих этим полупериодам двух плеч моста каждой последующей зоны (на 2-й зоне - плечи 10,15 и 11,14, на 3-й зоне - плечи 12, 17 и 13, 16, на 4-й зоне - плечи 10, 17 и 11, 16. Затем, после смены полярности напряжения сети в точках π, 2π и т.д. на интервале следующего полупериода (второго или первого) подают сигналы управления с фазой β_рег на тиристоры одного плеча другого моста, образующего предыдущую зону (на 2-й зоне - плечо 12 или 13, на 3-й зоне - плечо 14 или 15, на 4-й зоне - плечо 12 или 13). Тиристоры указанных плеч отпираются и осуществляют процесс регулирования выпрямленного напряжения инвертора. Открытие на 2, 3 и 4-й зонах в первом и втором полупериодах тиристоров соответствующих двух плеч последующей зоны (например, на 4-й зоне это плечи 10, 17 и 11, 16), на которые подаются сигналы управления с фазой β, приводит к коммутации (закрытию) с длительностью угла γ основной коммутации тиристоров плеч 16, 13 и 17, 12, а также к открытию диода 23 и тиристора 24, через которые возникает контур короткого замыкания для напряжения последовательно соединенных секций 3, 4 и 5 вторичной обмотки трансформатора.The process of regulating the rectified voltage of the inverter in the 2nd, 3rd and 4th control zones (see Fig. 3b) occurs due to the supply of control signals with phase β to the thyristors corresponding to these half periods of the two arms of the bridge of each subsequent zone in the first and second half-periods of voltage (on the 2nd zone - shoulders 10.15 and 11.14, on the 3rd zone - shoulders 12, 17 and 13, 16, on the 4th zone - shoulders 10, 17 and 11, 16. Then, after the shift the polarity of the mains voltage at points π, 2π, etc., in the interval of the next half-cycle (second or first), control signals with a phase β _reg to t Iristors of one shoulder of the other bridge forming the previous zone (on the 2nd zone - shoulder 12 or 13, on the 3rd zone - shoulder 14 or 15, on the 4th zone - shoulder 12 or 13). Thyristors of these shoulders are unlocked and carried out the process of regulating the rectified voltage of the inverter.Opening on the 2nd, 3rd and 4th zones in the first and second thyristor half-periods of the corresponding two shoulders of the subsequent zone (for example, on the 4th zone these are the shoulders 10, 17 and 11, 16), to which signals are sent control with phase β, leads to switching (closing) with the duration of the angle γ of the main switching thyristors leche 16, 13 and 17, 12 as well as to the discovery of the diode 23 and thyristor 24, across which there is a short circuit voltage for the circuit of series-connected sections 3, 4 and 5 the secondary winding of the transformer.

Сопротивление нагрузки контура короткого замыкания, образованного секциями 2, 3 и 4, тиристорами плеч 10, 17 в первом и плеч 11, 16 во втором полупериодах, диодом 23 и тиристором 25, обусловлено в основном прямым сопротивлением диода 23 и тиристора 25, которые значительно меньше сопротивления цепи последовательно включенных сглаживающего реактора 27 и генератора 28, образующих цепь 26. В результате короткого замыкания секций 2, 3, 4 ток по диоду 23 и тиристору 25, а также по тиристорным плечам 10, 17 в первом и 11, 16 во втором полупериодах резко возрастает и тем самым убыстряет процесс их полного открытия, что приводит к уменьшению длительности основной коммутации этих плеч. Это создает уменьшение угла γ по сравнению с работой инвертора без цепочки 23-25.The load resistance of the short circuit formed by sections 2, 3 and 4, the thyristors of the arms 10, 17 in the first and the arms 11, 16 in the second half-periods, the diode 23 and the thyristor 25, is mainly due to the direct resistance of the diode 23 and the thyristor 25, which are much less the resistance of the circuit of the series-connected smoothing reactor 27 and the generator 28 forming the circuit 26. As a result of a short circuit of the sections 2, 3, 4, the current through the diode 23 and the thyristor 25, as well as along the thyristor arms 10, 17 in the first and 11, 16 in the second half-periods increases sharply and so sa The process of their full opening accelerates by the same process, which leads to a decrease in the duration of the main switching of these arms. This creates a decrease in the angle γ compared with the operation of the inverter without chain 23-25.

Уменьшение угла γ позволяет в автоматической системе регулирования уменьшить заданную величину (уставку) угла запаса δ, что приводит к автоматическому уменьшению угла π в силу того, что β=γ+δ. В свою очередь уменьшение угла β приводит к уменьшению угла φ и к увеличению коэффициента мощности инвертора на 2, 3 и 4-й зонах регулирования.The decrease in the angle γ allows in the automatic control system to reduce the set value (set point) of the reserve angle δ, which leads to an automatic decrease in the angle π due to the fact that β = γ + δ. In turn, a decrease in the angle β leads to a decrease in the angle φ and to an increase in the power factor of the inverter in the 2nd, 3rd, and 4th control zones.

Также как и на 1-й зоне закорачивание диодом 23 и тиристором 25 секций 2, 3 и 4 приводит к значительному уменьшению отрицательной составляющей выпрямленного напряжения инвертора на интервале угла β и как следствие к увеличению среднего значения выпрямленного напряжения. Это увеличивает возврат в сеть активной составляющей полной мощности инвертирования энергии генератора. После смены полярности напряжения сети в точке π, 2π и т.д. диод 23 и тиристор 25 запираются обратным для них выпрямленным напряжением инвертора. Далее выпрямленное напряжение инвертора через анодную 21 и катодную 20 шины прикладывается к цепи 26, собранной из последовательно включенных генератора 28 и сглаживающего реактора 27. С этого момента времени через плечи 10, 17 в первом и плечи 11, 16 во втором полупериодах напряжения сети генератор начинает инвертировать свой ток через трансформатор в сеть.As in the 1st zone, shorting of sections 2, 3 and 4 by a diode 23 and a thyristor 25 leads to a significant decrease in the negative component of the rectified voltage of the inverter over the angle β interval and, as a result, to an increase in the average value of the rectified voltage. This increases the return to the network of the active component of the total inverting power of the generator energy. After changing the polarity of the network voltage at the point π, 2π, etc. the diode 23 and the thyristor 25 are locked by the reverse rectified voltage of the inverter. Next, the rectified voltage of the inverter through the anode 21 and the cathode 20 of the bus is applied to the circuit 26 assembled from a series-connected generator 28 and a smoothing reactor 27. From this moment on, through the arms 10, 17 in the first and arms 11, 16 in the second half-periods of the mains voltage, the generator starts invert your current through a transformer to the network.

Процессы работы преобразователя в режимах выпрямителя и инвертора на всех зонах регулирования и переходах из одного режима в другой и обратно были получены путем математического моделирования силовой схемы электровоза типа ВЛ80Р. В качестве примеров, на фиг. 2 и 3 приведены диаграммы процессов работы преобразователя в режимах выпрямителя (фиг. 2) и инвертора (фиг. 3) на 1-й (а) и 4-й (б) зонах регулирования.The converter operation processes in the rectifier and inverter modes at all regulation zones and transitions from one mode to another and vice versa were obtained by mathematical modeling of the power circuit of an electric locomotive of the VL80R type. As examples, in FIG. 2 and 3 are diagrams of the operation processes of the converter in the modes of the rectifier (Fig. 2) and inverter (Fig. 3) in the 1st (a) and 4th (b) regulation zones.

Опытные испытания показали, что по сравнению с преобразователем прототипом коэффициент мощности предлагаемого преобразователя при номинальной нагрузке в режиме выпрямителя увеличился с 0,84 до 0,88, а в режиме инвертора с 0,65 до 0,80. Время перехода из режима выпрямителя в режим инвертора и наоборот, из режима инвертора в режим выпрямителя сократилось с 5 с до 0,2 с.Experimental tests showed that, compared with the prototype converter, the power factor of the proposed converter at rated load in the rectifier mode increased from 0.84 to 0.88, and in the inverter mode from 0.65 to 0.80. The transition time from the rectifier mode to the inverter mode and vice versa, from the inverter mode to the rectifier mode was reduced from 5 s to 0.2 s.

Claims

The method of controlling a multi-zone rectifier-inverter single-phase AC converter containing four zones based on parallel thyristor bridges, which consists in regulating the rectified voltage of the converter on all four zones in the rectifier and inverter modes and switching these modes using the brake switch contacts, characterized in that when regulating the rectified voltage of the converter in the rectifier or inverter mode, the rectified circuit is bypassed about the converter current of one of two chains consisting of a diode and a thyristor connected in series with each other, which is unlocked by applying a control pulse to its control electrode with a phase corresponding to the converter operating mode, and connected between the cathode and anode buses of the converter, and the diode first the circuits in the rectifier mode are connected by the cathode, and the diode of the second circuit in the inverter mode is connected by the anode, and when switching the converter from the rectifier mode to the inverter and vice versa contactless shutdown of the chain from the anode bus using thyristor which its locked state during the transition time and the time of the converter in the selected mode turns off the chain.