PL174478B1

PL174478B1 - Układ przemiennika prądu

Info

Publication number: PL174478B1
Application number: PL94304445A
Authority: PL
Inventors: Ludwig Still
Original assignee: Abb Patent Gmbh
Priority date: 1993-07-28
Filing date: 1994-07-25
Publication date: 1998-08-31
Also published as: DE59401070D1; ES2097581T3; EP0637121B1; EP0637121A1; DE4325275A1; PL304445A1

Abstract

1. Uklad przemiennika pradu, który poprzez nastawnik pradu stalego jest polaczony z posrednim obwodem napiecia stalego, do którego jest przyla- czony odbiornik pradu stalego, zwlaszcza przemiennik impulsowy, znamienny tym, ze miedzy dodatni zacisk sieciowy (1) i ujemny zacisk sieciowy (2) wlaczone sa szeregowo pojemnosci wejsciowe, pierwsza po- jemnosc (CFo) i druga pojemnosc (CFu), przy czym do wezla (B) laczacego te pojemnosci wejsciowe (CFo, CFu) jest dolaczony pierwszy zacisk dlawika nastawczego (LST) i dodatni zacisk odbiornika pradu stalego (WR), natomiast drugi zacisk dlawika na- stawczego (LST) jest polaczony przez pierwszy samoczynnie wylaczony klucz pólprzewodnikowy (G1) z pierwsza pojemnoscia wejsciowa (CFo), a przez diode (D2) z druga pojemnoscia wejsciowa (CFu), z która jest takze polaczony ujemny zacisk odbiornika pradu stalego (WR). PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ przemiennika prądu, do zasilania pośredniego obwodu napięcia stałego, zwłaszcza do stosowania w szynowych pojazdach zasilanych napięciem trójfazowym do 3 kV, ze źródła prądu stałego, ale także w wielosystemowych pojazdach na napięcie stałe albo zmienne.

Układy połączeń, które umożliwiają zasilanie odbiornika trójfazowego napięciem stałym 3 kV, znane są na przykład z publikacji: P. Appun i E. Reichelt pt.: Mehrsystemlokomotivenheutige technische Moeglichkeiten der Realisierung ETR 38 (1989), H. 4, str. 195 do 200, A. Fuchs pt.: Die Antriebstechnik der S 252 der Spanischen Staatsbahnen RENfE, Elektrische Bahnen 11/91, str 378/62 do 380/64 oraz M. Eisele pt.: Die Zwiekraft-Lokomotiven C 38 mit Drehstrom-Antriebstechnik fuer die Suedafrikanischen Eisenbahnen Spoornet, ZEV+DET Glasers Analen 117 (1993) Nr. 2/3, str. 70 do 78. Przedstawione w tych publikacjach znane układy do zasilania odbiorników trójfazowych napięciem stałym 3 kV można podzielić na dwie podstawowe grupy. Pierwszą grupę stanowią impulsowe przemienniki zasilane napięciem stałym bezpośrednio przez filtr wejściowy, jak przedstawiono na przykład w publikacji ETR 38 (1989), rysunek 4b (połączenie szeregowe dwóch przemienników dwu-stanowych) i rysunek 7 (przemiennik trój-stanowy). Druga grupa dotyczy impulsowych przemienników ze stabilizowanym napięciem w obwodzie pośrednim, który zasilany jest przez filtr wejściowy i nastawnik prądu stałego. Jak przedstawiono we wspomnianych publikacjach ETR 38 (1989) rysunek 5, Elektrische Bahnen 11/91, rysunek 6 i ZEV+DET, rysunek 5, stosuje się zarówno układy nastawników o niskiej nastawie jak i układy nastawników o wysokiej nastawie. Przedstawione układy nadają się do zasilania odbiorników trójfazowych zarówno napięciem stałym jak i jednofazowym napięciem przemiennym.

Wadą przemiennika według publikacji ETR 38 (1989), rysunek 7 jest to, że jest on przewymiarowany. Ponieważ sieć napięcia stałego waha się w szerokim zakresie napięć, przemiennik musi być zaprojektowany na maksymalne napięcie występujące w układzie. Maszyny są przewymiarowane ze względu na izolacje zwiększone ze względów bezpieczeństwa i dodatkowo, według ETR 38 (1989), rys. 4b, ze względu na specjalne uzwojenia.

Zasilanie małych odbiorników przez oddzielny przemiennik wiąże się z wysokimi kosztami, ponieważ takie przemienniki są przewymiarowane ze względu na dopuszczalne wartości napięcia sieci.

Aktywne przeciwdziałanie, wywołanym przez przemiennik impulsowy, szkodliwym wahaniom prądu sieci, przy pomocy nastawnika prądu stałego, nie jest możliwe.

Układy z nastawnikiem wstępnym również posiadają pewne wady. Oprócz układu, także przemiennik i maszyny muszą być izolowane z uwzględnieniem maksymalnego napięcia występującego w sieci.

Należy również zainstalować pojemność własną filtru wejściowego jak i pojemność własną obwodu pośredniego. Pojemność filtru wejściowego jest niezbędna dla spełnienia wymagań sieci dotyczących niższej częstotliwości rezonansowej, minimalnej impedancji wejściowej, specjalnych wymagań dotyczących oddziaływania na sieć i nastawiania mocy impulsów ustalających prąd. Pojemność obwodu pośredniego jest niezbędna dla dostarczania do przemienników i odbiorników mocy biernej komutacji, odkształcenia i przesunięcia dielektrycznego, a także niezbędnej do podtrzymywania impulsów prądu stałego.

Oddzielne pojemności wymagają odpowiednich oddzielnych detektorów i urządzeń zabezpieczających.

Niektóre znane układy, jak na przykład układ z publikacji Elektrische Bahnen są korzystne tylko przy dwóch przemiennikach wejściowych.

Układ przemiennika prądu według wynalazku, poprzez nastawnik prądu stałego jest połączony z pośrednim obwodem napięcia stałego, do którego jest przyłączony odbiornik prądu stałego, zwłaszcza przemiennik impulsowy. Układ tego rodzaju charakteryzuje się tym, że między dodatni zacisk sieciowy i ujemny zacisk sieciowy włączone są szeregowo pojemności wejściowe, pierwsza pojemność i druga pojemność, przy czym do węzła łączącego te pojemności wejściowe jest dołączony pierwszy zacisk dławika nastawczego i dodatni zacisk odbiornika prądu stałego. Natomiast drugi zacisk dławika nastawczego jest połączony przez pierwszy samoczynnie wyłączony klucz półprzewodnikowy z pierwszą pojemnością wejściową, a przez diodę z drugą pojemnością wejściową, z którą jest także połączony ujemny zacisk odbiornika prądu stałego.

Korzystnym jest, że pierwszy samoczynnie wyłączany klucz półprzewodnikowy jest połączony przeciwsobnie z pierwszą diodą, a druga dioda jest połączona przeciwsobnie z drugim samoczynnie wyłączanym kluczem półprzewodnikowym. Do pierwszego obwodu przeciwsobnego pierwszej diody i pierwszego samoczynnie wyłączanego klucza półprzewodnikowego, dołączonyjest szeregowo trzeci obwód przeciwsobny trzeciej diody i trzeciego samoczynnie wyliczanego klucza półprzewodnikowego. Ponadto do drugiego obwodu przeciwsobnego drugiej diody i drugiego samoczynnie wyłączanego klucza półprzewodnikowego dołączony jest szeregowo czwarty obwód przeciwsobny czwartej diody i czwartego samoczynnie wyłączalnego klucza półprzewodnikowego. Węzeł łączący pojemności wejściowe jest połączony poprzez piątą diodę z węzłem łączącym pierwszy obwód przeciwsobny i trzeci obwód przeciwsobny, a poprzez szóstą diodę z węzłem łączącym drugi obwód przeciwsobny i czwarty obwód przeciwsobny. Piąta dioda jest połączona przeciwsobnie z piątym samoczynnie wyłączanym kluczem półprzewodnikowym, a szósta dioda jest połączona przeciwsobnie z szóstym samoczynnie wyłączanym kluczem półprzewodnikowym.

W układzie wielosystemowym z możliwością podłączania do sieci napięcia stałego albo zmiennego, urządzenia przełączające dokonują odpowiedniego przegrupowania tak, że cztery obwody przeciwsobne, pierwszy obwód przeciwsobny, drugi obwód przeciwsobny, trzeci obwód przeciwsobny i czwarty obwód przeciwsobny, z których każdy składa się z samoczynnie wyłączanego klucza półprzewodnikowego i połączonej z nim przeciwsobnie diody, tworzą poczwórny dzielnik wyjściowy, natomiast równolegle z nimi połączone pojemności wejściowe tworzą razem pojemność obwodu pośredniego.

Korzystnym jest, że równolegle do dławika nastawczego jest dołączone szeregowe połączenie dwóch połączonych przeciwsobnie samoczynnie niewyłączanych kluczy półprzewodnikowych z rezystorem hamowania, tworzące gałąź hamowania.

Korzystnym jest, że równolegle do co najmniej jednej z pojemności wejściowych układu jest dołączone szeregowe połączenie dodatkowego samoczynnie wyłączanego klucza półprzewodnikowego z rezystorem hamowania.

W odmiennym rozwiązaniu według wynalazku układ przemiennika prądu charakteryzuje się tym, że dodatni zacisk sieciowy jest połączony z węzłem łączącym pierwszą pojemność wejściową i drugą pojemność wejściową, który to węzeł jest połączony poprzez dławik nastawczy i pierwszą diodę z drugim zaciskiem pierwszej pojemności wejściowej i dodatnim zaciskiem odbiornika prądu stałego. Ponadto węzeł ten jest połączony poprzez dławik nastawczy i samoczynnie wyłączany klucz półprzewodnikowy z drugim zaciskiem drugiej pojemności wejściowej, z ujemnym zaciskiem odbiornika prądu stałego i ujemnym zaciskiem sieciowym.

174 478

Korzystnym jest, że pierwsza dioda jest połączona przeciwsobnie z pierwszym samoczynnie wyłączanym kluczem półprzewodnikowym, a drugi samoczynnie wyłączany klucz półprzewodnikowy jest połączony przeciwsobnie z drugą diodą.

W rozwiązaniu według wynalazku dodano prosty układ przemiennika prądu do zasilania znanego pośredniego obwodu napięcia stałego, dzięki któremu to układowi uzyskuje się z napięcia trójfazowego stabilizowane napięcie w obwodzie pośrednim, przez który zasila się jeden albo więcej przemienników napięcia stałego z odpowiednimi odbiornikami.

Korzyści wynikające ze stosowania rozwiązania według wynalazku polegają przede wszystkim na zredukowaniu kosztów pojemności filtru sieciowego i pojemności obwodu pośredniego, ponieważ obie pojemności, to jest pojemności filtru wejściowego i obwodu pośredniego, skupione są w pojemności części wejściowej i działają razem. Regulowany obwód pośredni i przemiennik połączone są jednostronnie z masą i mają - przez odpowiednie układy połączeń - tak, jak podłączone odbiorniki, napięcie między izolacją i masą mierzone na pojemności części wejściowej. Połączenie nastawników hamowania, które ograniczają napięcie na pojemnościach części wejściowej, możliwe jest przez proste połączenie uzupełniające z niewyłączalnymi samoistnie wyłącznikami półprzewodnikowymi (tyrystorami). Układ połączeń ma uniwersalne zastosowania i pozwala na modularne dopasowanie, przez równoległy układ połączeń, do wymaganej mocy, dzięki czemu nie traci swoich zalet. Tak więc, stosuje się układ połączeń dla napędu 3 kV, jednosystemowego i wielosystemowego, na napięcie wyprostowane i przemienne, z jednym przemiennikiem napięcia dla każdego urządzenia (napęd grupowy), albo przy zasilaniu jednoosiowym, z większą liczbą przemienników napięcia pracujących równolegle dla jednego urządzenia.

Przedmiot wynalazku objaśniony zostanie w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. la przedstawia jednokierunkowy nastawnik prądu stałego (układ 2-stanowy) dla przesyłu energii z sieci do przemiennika, fig. 1b - dwukierunkowy nastawnik prądu stałego (układ 2-stanowy) dla przesyłu energii w obu kierunkach, fig. 2a - jedno kierunkowy nastawnik prądu stałego (układ 2-stanowy) dla przesyłu energii z sieci do przemiennika przy wyższym napięciu obwodu pośredniego, fig. 2b - dwukierunkowy nastawnik prądu stałego (układ 2-stanowy) dla przesyłu energii w obu kierunkach przy wyższym napięciu obwodu pośredniego, fig. 3a - dwukierunkowy nastawnik prądu stałego (układ 3-stanowy) dla przesyłu energii w obu kierunkach, fig. 3b - dwukierunkowy nastawnik prądu stałego (złożony z trzech identycznych układów 2-stanowych) dla przesyłu energii w obu kierunkach, fig. 4a - gałąź hamowania z kluczem półprzewodnikowym niewyłączanym samoistnie, fig. 4b - gałąź hamowania z samoistnie wyłączanym kluczem półprzewodnikowym, fig. 5 do 8 - schematy stanów pracy wyjaśniające zasadę działania układu z fig. 3a, fig. 9 do 16 - schematy stanów pracy dla układu łączonego hamowania sieciowego i oporowego, wyjaśniające sposób działania gałęzi hamowania z fig. 4a, a fig. 17 przedstawia obwód główny układu wielosystemowego (szczególnie na 3 kV) na napięcie stałe i zmienne.

Na figurze la przedstawiono jednokierunkowy nastawnik prądu stałego dla przesyłu energii z sieci do przemiennika. Napięcie sieciowe UNetz jest równe napięciu przewodowemu, czyli napięciu wejściowemu, które mierzone jest między przewodem sieciowym, zawierającym dodatni zacisk sieciowy 1 i systemem kół/szyn, zawierającym ujemny zacisk sieciowy 2, czyli masę. Dodatki zacisk sieciowy 1 połączony jest przez dławik filtrujący LF z węzłem A, do którego dołączony jest pierwszy samoistnie wyłączalny klucz półprzewodnikowy G1 i pierwsza pojemność wejściowa CFo, której drugi zacisk połączony jest z węzłem B, do którego dołączony jest dławik nastawczy LST, druga pojemność wejściowa CFu i dodatni zacisk odbiornika prądu stałego Wr. Pierwszy klucz półprzewodnikowy Gl, drugim swym zaciskiem połączony jest z węzłem D, do którego dołączony jest drugi zacisk dławika nastawczego LST i druga dioda D2. Druga pojemność wejściowa CFu, druga dioda D2 i ujemny zacisk odbiornika prądu stałego WR połączone są przez węzeł C z systemem kół/szyn zawierającym ujemny zacisk sieciowy 2. Odbiornik prądu stałego WR po stronie napięcia trójfazowego, po której znajdują się zaciski napięcia zmiennego, połączony jest z maszyną na napięcie trójfazowe 3, zwłaszcza silnikiem

174 478 napędzającym pojazd szynowy. Na drugiej pojemności wejściowej CFu występuje napięcie UFo, a na drugiej pojemności wejściowej CFu występuje napięcie UFu.

Nastawnik prądu stałego z fig. la przetwarza przemienne napięcie sieci UNetz na stałe i niskie napięcie UFu, stanowiące napięcie obwodu pośredniego. Regulowany obwód pośredni i przemiennik pozwalają korzystnie odmierzać napięcie obwodu pośredniego UFu względem izolacji i masy.

Na figurze 1b przedstawiono dwukierunkowy nastawnik prądu stałego dla przesyłu energii w obu kierunkach. Układ nastawnika zawiera wszystkie elementy układu z fig. la i dodatkowo jest wyposażony w pierwszą diodę D1, równoległą do pierwszego klucza półprzewodnikowego G1 oraz drugi samoczynnie wyłączany klucz półprzewodnikowy G2, równoległy do drugiej diody D2.

Na figurze 2a przedstawiono jednokierunkowy nastawnik prądu stałego dla przesyłu energii z sieci do przemiennika dla uzyskania wyższego napięcia obwodu pośredniego. Jak w przypadku fig. 1a, 1b i wszystkich dalszych układów z fig. 2b, 3a, 17, obwód główny jest wyposażony w pierwszą pojemność wejściową CFo, między zaciskami A i B, drugą pojemność wejściową CFu między zaciskami B i C oraz dławik nastawczy LST, między zaciskami B i D, przy czym zacisk C połączony jest z systemem kół/szyn i ujemnym zaciskiem napięcia stałego (zacisk masy) odbiornika prądu stałego WR. Podstawowy układ CFo/CFu/LST, a w szczególności podział pojemności wejściowej na dwie połączone szeregowo pojemności wejściowe CFo, CFu, które pełnią rolę pojemności filtru wejściowego, stanowią cechę wszystkich wspomnianych układów.

W układzie z fig. 2a, pierwsza dioda Dl włączona jest między zaciski A i D, a drugi klucz półprzewodnikowy G2 między zaciski D i C. Dodatni zacisk odbiornika prądu stałego WR połączony jest z zaciskiem A. Dodatni zacisk sieciowy 1 jest połączony przez dławik filtrujący LF z zaciskiem B. Nastawnik prądu stałego przetwarza przemienne napięcie sieci UNetz na stałe i wyższe napięcie obwodu pośredniego, które jest sumą napięć występujących na obydwu pojemnościach wejściowych UFu + UFo = const.

Na figurze 2b przedstawiono dwukierunkowy nastawnik prądu stałego dla przesyłu energii w obu kierunkach, dla uzyskania wyższego napięcia obwodu pośredniego. Oprócz elementów układu z fig. 2a, układ z fig. 2b zawiera pierwszy klucz półprzewodnikowy G1 połączony równolegle z pierwszą diodą D1 oraz drugą diodę D2 połączoną równolegle z drugim kluczem półprzewodnikowym G2. Reszta układu jest taka jak opisano dla fig. 2a.

Na figurze 3 a przedstawiono dwukierunkowy nastawnik prądu stałego stanowiący układ 3-stanowy, dla przesyłu energii w obu kierunkach. Jak w przypadku układu z fig. 1b, dodatni zacisk sieciowy 1 jest połączony przez dławik filtrujący LF z węzłem A podstawowego układu CFo/CFu/LST i przez węzeł B z dodatnim zaciskiem odbiornika prądu stałego WR. Ponadto, w stosunku do układu z fig. 1b, pierwszy obwód przeciwsobny Gl, D1 jest połączony szeregowo, między węzłami A i D, z równoległym obwodem trzeciego samoczynnie wyłączanego klucza półprzewodnikowego G3 i trzeciej diody D3. W podobny sposób, między węzłami D i C szeregowo dołączone są obwody przeciwsobne kluczy półprzewodnikowych z diodami, drugi - G2, D2 i czwarty - G4, D4. Zacisk E między pierwszym obwodem przeciwsobnym G1, D1 i trzecim obwodem przeciwsobnym G3, D3 połączony jest poprzez piątą diodę D5, a zacisk F, między drugim obwodem przeciwsobnym G2, D2 i czwartym obwodem przeciwsobnym G4, D4, poprzez szóstą diodę D6 z węzłem B.

Nastawnik prądu stałego z fig. 3a jest w odróżnieniu od nastawnika prądu stałego z fig. 1b, przeznaczony na wysokie napięcie wejściowe. Regulowany obwód pośredni i przemiennik pozwalają korzystnie wyznaczać napięcie obwodu pośredniego względem izolacji i masy.

Na figurze 3b przedstawiono dwukierunkowy nastawnik prądu stałego, także przeznaczony do wysokiego napięcia wejściowego, składający się z dwóch identycznych układów 2-stanowych, dla przesyłu energii w obu kierunkach. Oprócz elementów układu z fig. 3a, zastosowano piąty samoczynnie wyłączany klucz półprzewodnikowy G5 z równoległą piątą diodą D5 oraz szósty samoczynnie wyłączany klucz półprzewodnikowy G6 i szóstą diodę D6, w identycznym układzie.

174 478

Na figurze 4a przedstawiono gałąź hamowania z niewyłączalnym i samoczynnie kluczami półprzewodnikowymi Tl, T2, które można, w razie potrzeby, zastosować we wszystkich przedstawionych układach między węzłami D i B, równolegle do dławika nastawczego LST. Gałąź hamowania składa się z dwóch równoległych, ale przeciwnie skierowanych niewyłączalnych samoczynnie kluczy półprzewodnikowych Tl, T2, korzystnie tyrystorów oraz szeregowo połączonego rezystora hamowania RB.

Na figurze 4b przedstawiono gałąź hamowania z samoczynnie wyłączanym kluczem półprzewodnikowym G7, który można zastosować we wszystkich układach między węzłami B i C równolegle do drugiej pojemności wejściowej CFu, a w razie potrzeby dodatkowo między węzłami A i B, równolegle z pierwszą pojemnością wejściową CFo. Gałąź hamowania składa się z samoczynnie wyłączanego klucza półprzewodnikowego G7, połączonego szeregowo z rezystorem hamowania RB.

W opisanych już układach podstawowych z alternatywnymi wyposażeniami, pojemność wejściowa składa się z szeregowego układu dwóch pojemności CFo i CFu. Jednostronnie połączona z masą pojemność ma określoną stałą wartość ustaloną przy pomocy układu nastawnika prądu stałego i dławika nastawczego LST.

W układach z fig. 1a, 1b i 3a, 3b przetwarza się przemienne napięcie sieci na stałe i niższe napięcie obwodu pośredniego UFo.

W układach z fig. 2a i 2b przetwarza się przemienne napięcie sieci na stałe i wyższe napięcie obwodu pośredniego UFu + UFo.

Układ przemiennika prądu w najprostszym przypadku jest układem 2-stanowym jak przedstawiono na fig. 1a i 1b. Dla wyższych napięć UFu + UFo stosuje się układ 3-stanowy z fig. 3a albo 3b.

Układ trzypunktowy z fig. 3b składa się z trzech obwodów 2-stanowych. W układzie wielosystemowym układ podstawowy tak przegrupowuje się za pomocą urządzeń przełączających, by pracował jako wejściowy człon nastawczy (4q-S) dla przewodu doprowadzającego prąd przemienny, jak przedstawiono na fig. 17.

Między wyjściem nastawnika prądu stałego D i węzłem B, połączonym z pojemnością wejściową, umieszcza się, w razie potrzeby, rezystor hamowania RB, który jest włączany przez niesamoczynnie wyłączane klucze półprzewodnikowe, zwłaszcza tyrystory Tl, T2, dla nastawiania wartości napięć obwodu pośredniego UFo i UFu.

Druga pojemność wejściowa CFu, albo również obie pojemności wejściowe CFu i CFo mogą być równolegle połączone z oddzielnymi gałęziami hamowania z fig. 4b, dzięki samoczynnie wyłączanemu kluczowi półprzewodnikowemu G7.

Dla podwyższenia przesyłanej mocy łączy się równolegle więcej układów nastawczych prądu stałego z odpowiednim dławikiem nastawczym LST w węzłach A, B, C. W układzie wielosystemowym łączy się równolegle nastawnik prądu stałego (4q-S) z węzłami A/B1 albo B2/C, jak przedstawiono na fig. 17. Stosowane w układach wielosystemowych dodatkowe urządzenia transformatorowe i dławiki nastawcze łączy się poprzez urządzenia przełączające, z połączonymi równolegle nastawnikami wejściowymi.

Obecnie zostanie objaśnione działanie układu nastawnika 3-stanowego z fig. 3a na przykładzie różnych modyfikacji z fig. 5 do 8. Przez dławik filtrujący LF płynie prąd iF przez odbiornik prądu stałego WR prąd iD, a przez dławik nastawczy LST prąd iST. Indukcyjność dławika nastawczego LsT wynosi L.

Energia przesyłana jest z sieci, przez przemiennik, do odbiornika. Nastawnik prądu pracuje jako prostownik. Przetwarza on przemienne napięcie wejściowe UNetz na stałe i niższe napięcie obwodu pośredniego UFu. Jak pokazano na fig. 5 do 8 można wyodrębnić trzy podstawowe stany układu.

W pierwszym stanie, jak przedstawiono na fig. 6, przewodzą samoczynnie wyłączalne klucze półprzewodnikowe pierwszy i drugi, G1 i G2. Spadek napięcie na dławiku nastawczym LST wynosi UFo. Prąd iST narasta zgodnie z zależnością diST/dt = UFo/L.

W drugim stanie połączeń, jak przedstawiono na fig. 7, pierwszy klucz półprzewodnikowy G1 jest wyłączony, prąd iST płynie przez trzeci klucz półprzewodnikowy G3 i piątą diodę D5. Napięcie na dławiku nastawczym LST wynosi 0.

174 478

W trzecim stanie, jak przedstawiono na fig. 8, klucze półprzewodnikowe pierwszy i trzeci G1 i G3 są zablokowane, prąd płynie przez diody D4 i D2. Dławik nastawczy LST rozmagnesowuje się pod wpływem przeciwnie skierowanego napięcia UFu.

Przejście od pierwszego stanu, według fig. 6 do trzeciego stanu, według fig. 8, a także przeciwnie poprzez stan z fig. 7, możliwe jest tak jak w układzie 3-stanowym, dzięki obciążeniu napięciowemu. Dla układu jednokierunkowego z przesyłem energii od sieci do odbiornika, można pominąć klucze półprzewodnikowe G4 i G2 z fig. 3a.

W układzie hamowania, nastawnik pracuje jako nastawnik podwyższający. Włączenie kluczy półprzewodnikowych G2 i G4 spowoduje namagnesowanie dławika nastawczego LST przez napięcie UFu (stan połączeń według fig. 8 z kierunkami prądów wskazanymi strzałkami przerywanymi). Po wyłączaniu klucza półprzewodnikowego G4 następuje przejście do stanu z fig. 7 (z kierunkami prądów wskazanymi strzałkami przerywanymi). Prąd iST w stanie jałowym może płynąć przez klucz G2 i diodę D6. Przez wyłączenie klucza G2 uzyskuje się stan według fig. 6, z kierunkami prądów zaznaczonymi liniami przerywanymi, z przepływem prądu przez diody D3 i Dl.

Ponieważ nie zapewniono odbioru energii przez sieć w stanie hamowania, zastosowano w urządzeniu rezystory hamowania RB, w których nadmiar energii hamowania zamieniany jest na ciepło. W nowoczesnych pojazdach rezystory hamowania traktowane są tak, by tworzyć bezstopniowe, regulowane, złożone hamowania za pomocą sieci i rezystorów.

W zmodyfikowanym przykładzie z gałęzią hamowania według fig. 4a, włącza się równolegle do dławika nastawczego LST gałąź hamowania T1/T2/RB. Specyfika tej gałęzi polega na tym, że składa się ona z jednego albo nawet dwóch rezystorów hamowania (każdemu kluczowi półprzewodnikowemu Tl, T2 przyporządkowano jedną gałąź hamowania) i dwóch niewyłączalnych samoczynnie kluczy półprzewodnikowych T1, T2. Te niewyłączalne samoczynnie klucze półprzewodnikowe zostaną wyłączone automatycznie, jeśli przewodzić będą samoczynnie wyłączane klucze półprzewodnikowe G1, G3 albo diody D1, D3 (wyłączenie T2), ewentualnie klucze G2, G4 albo diody D2, D4 (wyłączanie Tl). Zaletą stosowania tej gałęzi hamowania według fig. 4a, jest uproszczenie układu w stosunku do układu z jedną albo dwiema gałęziami hamowania, które wyposażone są w samoczynnie wyłączane klucze półprzewodnikowe i urządzenia kontrolne oraz umieszczone są równolegle do pierwszej pojemności wejściowej CFo, ewentualnie równolegle do drugiej pojemności wejść CFu (patrz fig. 4b).

Sposób działania gałęzi hamowania z fig. 4a w układzie z fig. 3a zostanie wyjaśniony w odniesieniu do fig. 9 do 16. Przez rezystor hamowania RB płynie prąd iRB. W trybie hamowania przez dławik nastawczy LST płynie prąd iST. Przez włączenie kluczy półprzewodnikowych G2 i G4 uzyskuje się stan z fig. 8 ze zmiennym przewodzeniem prądu (strzałki przerywane), a dławik nastawczy LST jest rozmagnesowany. Przy zwiększonym zwrocie energii do sieci, niesamoczynnie wyłączany klucz półprzewodnikowy T2, korzystnie tyrystor, może być włączony równocześnie z samoczynnie wyłączanymi kluczami półprzewodnikowymi G2 i G4 albo nawet z odpowiednim opóźnieniem (patrz fig. 9). Przez klucze G2 i G4 płynie prąd całkowity iRB + i ST.

Po wyłączeniu czwartego klucza półprzewodnikowego G4 uzyskuje się układ połączeń według fig. 10. W stanie jałowym dławika nastawczego LST prąd iST płynie przez klucz G2 i diodę D6 bez napięcia przeciwnego. Prąd iRB w gałęzi hamowania płynący przez rezystor RB i tyrystor T2 opisany jest równaniem eksptencjalnym ze stałą czasową τ = LRB/R. Indukcyność stanowi indukcyjność pasożytniczą albo dławika ograniczającego di/dt, a R oznacza rezystancję omową rezystora hamowania RB.

Po wyłączeniu drugiego klucza półprzewodnikowego G2 następuje przejście do stanu przedstawionego na fig. 11, w którym przewodzą diody Dl i D3. Wzdłuż gałęzi hamowania następuje spadek napięcia UFo, które powoduje szybki zanik prądu resztkowego iRB w tyrystorze T2, co umożliwia kontrolowany przebieg wygaszania tego tyrystora T2. Następnie tyrystor T2 pozostaje wyłączony, co odpowiada układowi z fig. 12. Prąd iST w dławiku nastawczym LST płynie dalej przez diody D1 i D3.

174 478

Po wymaganym zwrocie energii włącza się tyrystor Tl jak również klucze półprzewodnikowego G1 i G3, co przedstawiono na fig. 13.

Po włączeniu tyrystora Tl i wyłączeniu kluczy półprzewodnikowych G3 i G1, przez rezystor hamowania RB płynie prąd iST (układ z fig. 14, z założeniem iST < UFo/R). Przy dodatkowym włączeniu kluczy G1 i G3 prąd iRB zrównuje się z UFo/R. Przez klucze G1 i G3 płynie tylko prąd będący różnicą iRB - iST. Jeśli ten prąd ma być mniejszy od zera, to przewodzić muszą diody Dl i D3.

Po wyłączeniu kluczy G1 i G3 uzyskuje się układ z fig. 14, przy czym iST*R < UFo. Jeśli iST*R > UFo, pozostaje się przy układzie z fig. 13. Po ściśle określonym minimalnym czasie po wygaszeniu klucza G3 włącza się klucz G2, co daje układ z fig. 15. Określone wygaszenie tyrystora Tl następuje po włączeniu klucza G4 (fig. 16). Natychmiast po wygaszeniu tyrystora Tl rozpoczyna się jego czas zablokowania.

Układ przedstawiony na fig. 17 stanowi wielosystemowy układ podstawowy urządzenia na napięcie wyprostowane (w szczególności 3 kV) i na jednofazowe napięcie przemienne i opiera się na układzie według fig. 3b. Układ ten jest zmodyfikowany, ponieważ pierwsze urządzenie przełączające S1 przerywa połączenie między pierwszą pojemnością wejściową CFo i węzłem B (B rozdziela się na węzły B1 i B2), drugie urządzenie przełączające S2 przerywa połączenie między węzłem C i systemem kół/szyn z ujemnym zaciskiem sieciowym 2, trzecie urządzenie przełączające S3 przerywa połączenie między węzłem E i trzecim obwodem przeciwsobnym klucza G3 i diody D3, czwarte urządzenie przełączające S4 przerywa połączenie między węzłem F i obwodem równoległego połączenia klucza G2 i diody D2, piąte urządzenie przełączające S5 przerywa połączenie między dławikiem nastawczym LST i węzłem D, a szóste urządzenie przełączające łączy dodatkowy kondensator obwodu ssącego CSaug równolegle do drugiej pojemności wejściowej CFu.

Przedstawione na fig. 17 urządzenia przełączające S1...S6 wskazują zgrupowanie przewodów pod napięciem stałym 3 kV. Dodatni zacisk sieciowy 1 połączony jest przez wyłącznik główny 5 z dławikiem filtrującym LF dla zasilania napięciem stałym. Wyłącznik główny 7, dalej połączony z zaciskiem sieciowym 1 dla zasilania napięciem przemiennym, jest otwarty. Urządzenia przełączające S1...S5 są tak przełączane, aby otrzymać układ połączeń z fig. 3b z gałęzią hamowania z fig. 4a. Przełącznik S6 jest wyłączony, co daje układ równoległy napięcia UFu i kondensatora obwodu ssącego CSaug. Węzły B1, B2 są wzajemnie łączone przez przełącznik S1 i odpowiadają węzłowi B, z fig. 3b (przy czym BI oznacza połączenie S1/CFO/G5/D5/RB, a B2 połączenie S1/LST/WR/CFU/G6/D6). Gałąź hamowania T1/T2/RB znajduje się między węzłami B1 i D. Jako gałęzie hamowania, alternatywnie można do wskazanej gałęzi z fig. 4a podłączyć jedną albo dwie oddzielne gałęzie z fig. 4b, równolegle do pojemności CFu i/albo CFo.

Funkcja układu stosowanego przy zasilaniu napięciem stałym jest taka jak w przypadku opisanego układu z fig. 3a.

Przez otwarcie wyłącznika głównego 5, zamknięcie wyłącznika głównego 7, otwarcie urządzenia przełączającego S6 i przełączenie urządzeń przełączających S1...S5, uzyskuje się zgrupowanie zasilania prądem przemiennym. Przez zamknięcie wyłącznika głównego 7 uzwojenie pierwotne transformatora 4 zostaje włączone między dodatni zacisk sieciowy 1 i system kół/szyn z ujemnym zaciskiem sieciowym 2.

Przez przełączenie urządzeń przełączających S1 i S2 włącza się równolegle pojemności CFu i CFo, tworząc wspólną pojemność obwodu pośredniego, za którym znajduje się przemiennik.

Przez przełączenie urządzeń przełączających S3 i S4 łączy się uzwojenie wtórne transformatora TRI z wejściami prądu zmiennego E i F. Obie, równoległe do pojemności wejściowych CFo albo CFu w węzłach A i BI albo B2 i C, fazy Gl/Dl, G5/D5 albo G6/D6, G4/D4 pracują jako nastawnik poczwórny (4q-S).

Przez przełączenie urządzeń przełączających S5 i S6, dławik nastawczy LST i kondensator obwodu ssącego CSaug tworzą obwód ssący. Obwód ssący przeznaczony do podwojonej częstotliwości sieciowej, odbiera wahania pochodzące z urządzenia wejściowego 4q-S G1/D1, G5/D5, G6/D6, G4/D4.

174 478

Po przełączeniu urządzenia przełączającego S3, gałąź G3, Tl, Rb może być wykorzystana jako gałąź hamująca przewodu z prądem zmiennym.

Układ jest tak wykonany, aby jak najwięcej jego elementów składowych było wykorzystywanych w obu systemach. Jeśli elementy układu będą wykorzystywane tylko w jednym systemie, wówczas można pominąć niektóre urządzenia przełączające takie, jak na przykład urządzenia przełączające S3 i S6. Jeśli gałąź hamowania nie będzie potrzebna w układzie na napięcie zmienne, można wyeliminować urządzenie przełączające S3. Wówczas klucz G3 i dioda D3, jedna strona uzwojenia wtórnego transformatora TRI i węzeł E są połączone na stałe.

Przy przekazywaniu większych mocy stosuje się kilka równoległych wejściowych przemienników prądu.

Równolegle łączone nastawniki prądu stałego/4q-S podłączone są bezpośrednio do węzłów A/B1 albo B2/C. Dodatkowe uzwojenia wtórne transformatora TR2 i dławiki nastawcze łączone są przez oddzielne urządzenia przełączające, których nie przedstawiono, z połączonymi równolegle wejściowymi przemiennikami prądu.

Dla wszystkich układów obowiązuje zasada, że przy zasilaniu jednoosiowym większa ilość przemienników może pracować równolegle do węzłów B, C, względnie B2, C.

W objaśnionych układach stosowano uproszczenie, łącząc zaciski przemiennika prądu bezpośrednio z pojedynczymi węzłami - w szczególności węzłami A i C. W praktyce, w tych połączeniach należy zastosować dławiki di/dt. Ponieważ dławiki di/dt nie mają żadnego wpływu na zasadę działania układu, pominięto je dla uproszczenia na rysunku i nie uwzględniono w opisie.

174 478

LF

174 478

LF

Fig.4a O LST 8

Fig.3b

174 478

Fig, 10

Fig 11 Fig.12

174 478

Fig.17

ZJ 7

TRI

TR2

LF

G1j[J(31

UFo

S3Z

G35? |D3

G5j[^D5 ^T2lst ^S1

S5L

S6 iO

G2jZjiO2 gg SL4_ j^06 F CFu

U Fu f

CSaug iO

WR *43

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ przemiennika prądu, który poprzez nastawnik prądu stałego jest połączony z pośrednim obwodem napięcia stałego, do którego jest przyłączony odbiornik prądu stałego, zwłaszcza przemiennik impulsowy, znamienny tym, że między dodatni zacisk sieciowy (1) i ujemny zacisk sieciowy (2) włączone są szeregowo pojemności wejściowe, pierwsza pojemność (CFo) i druga pojemność (CFu), przy czym do węzła (B) łączącego te pojemności wejściowe (CFo, CFu) jest dołączony pierwszy zacisk dławika nastawczego (LST) i dodatni zacisk odbiornika prądu stałego (WR), natomiast drugi zacisk dławika nastawczego (LST) jest połączony przez pierwszy samoczynnie wyłączony klucz półprzewodnikowy (G1) z pierwszą pojemnością wejściową (CFo), a przez diodę (D2) z drugą pojemnością wejściową (CFu), z którą jest także połączony ujemny zacisk odbiornika prądu stałego (WR).
2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy samoczynnie wyłączany klucz półprzewodnikowy (G1) jest połączony przeciwsobnie z pierwszą diodą (Dl), a druga dioda (D2) jest połączona przeciwsobnie z drugim samoczynnie wyłączanym kluczem półprzewodnikowym (G2).
3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że do pierwszego obwodu przeciwsobnego (Dl, G1) pierwszej diody (D1) i pierwszego samoczynnie wyłączanego klucza półprzewodnikowego (G1), dołączony jest szeregowo trzeci obwód przeciwsobny (D3, G3) trzeciej diody (D3) i trzeciego samoczynnie wyłączanego klucza półprzewodnikowego (G3), a ponadto do drugiego obwodu przeciwsobnego (D2, G2) drugiej diody (D2) i drugiego samoczynnie wyłączanego klucza półprzewodnikowego (G2) dołączony jest szeregowo czwarty obwód przeciwsobny (D4, G4) czwartej diody (D4) i czwartego samoczynnie wyłączalnego klucza półprzewodnikowego (G4), przy czym węzeł (B) łączący pojemności wejściowe (CFo, CFu) jest połączony poprzez piątą diodę (D5) z węzłem (E) łączącym pierwszy obwód przeciwsobny (G1, D1) i trzeci obwód przeciwsobny (G3, D3), a poprzez szóstą diodę (D6) z węzłem (F) łączącym drugi obwód przeciwsobny (D2, G2) i czwarty obwód przeciwsobny (D4, G4).
4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że piąta dioda (D5) jest połączona przeciwsobnie z piątym samoczynnie wyłączanym kluczem półprzewodnikowym (G5), a szósta dioda (D6) jest połączona przeciwsobnie z szóstym samoczynnie wyłączanym kluczem półprzewodnikowym (G6).
5. Układ według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że w układzie wielosystemowym z możliwością podłączania do sieci napięcia stałego albo zmiennego, urządzenia przełączające (S1...S6) dokonują odpowiedniego przegrupowania tak, że cztery obwody przeciwsobne, pierwszy obwód przeciwsobny (D1, G1), drugi obwód przeciwsobny (G2, D2), trzeci obwód przeciwsobny (D3, G3) i czwarty obwód przeciwsobny (D4, G4), z których każdy składa się z samoczynnie wyłączanego klucza półprzewodnikowego (G1, G2, G3, G4) i połączonej z nim przeciwsobnie diody (Dl, D2, D3, D4), tworzą poczwórny dzielnik wyjściowy, natomiast równolegle z nimi połączone pojemności wejściowe (Cfo i CFu) tworzą razem pojemność obwodu pośredniego.
6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że równolegle do dławika nastawczego (LST) jest dołączone szeregowe połączenie dwóch połączonych przeciwsobnie samoczynnie niewyłączanych kluczy półprzewodnikowych (Tl, T2) z rezystorem hamowania (RB), tworzące gałąź hamowania.
7. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że równolegle do co najmniej jednej z pojemności wejściowych (CFo, CFu) jest dołączone szeregowe połączenie dodatkowego samoczynnie wyłączanego klucza półprzewodnikowego (G7) z rezystorem hamowania (RB).
8. Układ przemiennika prądu, który poprzez nastawnik prądu stałego jest połączony z pośrednim obwodem napięcia stałego, do którego jest przyłączony odbiornik prądu

174 478 stałego, zwłaszcza przemiennik impulsowy, znamienny tym, że dodatni zacisk sieciowy (1) jest połączony z węzłem (B) łączącym pierwszą pojemność wejściową (CFo) i drugą pojemność wejściową (CFu), który to węzeł (B) jest połączony poprzez dławik nastawczy (LST) i pierwszą diodę (Dl) z drugim zaciskiem pierwszej pojemności wejściowej (CFo) i dodatnim zaciskiem odbiornika prądu stałego (WR), a ponadto węzeł (B) jest połączony poprzez dławik nastawczy (LST) i samoczynnie wyłączany klucz półprzewodnikowy (G2) z drugim zaciskiem drugiej pojemności wejściowej (CFu), z ujemnym zaciskiem odbiornika prądu stałego (WR) i ujemnym zaciskiem sieciowym (2).
9. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, żypieżwsza dioda (Dl) jestpołączona przeciwsobnie z pierwszym samoczynnie wyłączanym kluczem półprzewodnikowym (G1), a drugi samoczynnie wyłączany klucz półprzewodnikowy (G2) jest połączony przeciwsobnie z drugą diodą (D2).

* * *