тяговими двигунами і вхідним імпульсним регулятором
Рис. 1.3 - Побудова силового ланцюга електровоза постійного струму з асинхронними тяговими двигунами і прямим включенням інвертора
Як видно з рис. 1.3, у другому випадку роль вхідного фільтра виконує вхідний реактор разом з конденсатором проміжної ланки постійної напруги. Такі схеми живлення інверторів від системи тягового електропостачання постійного струму в останнє десятиліття отримали на електровозах найбільш широке поширення завдяки простоті перетворювача з мінімально можливим числом силових напівпровідникових приладів і фільтрових компонентів, а також менших втрат енергії в перетворювачі. Спрощено таку схему харчування інвертора називають прямим включенням.
Випрямлячі на електровозах змінного струму й імпульсні регулятори на електровозах постійного струму узагальнено називають мережевими перетворювачами. В обох випадках мережеві перетворювачі забезпечують підтримку величини напруги на вході інвертора U d на заданому стабільному рівні незалежно від величини напруги в контактній мережі. Рівень номінального напруги на вході інвертора U d вибирають залежно від типів використовуваних силових напівпровідникових приладів, параметрів тягового двигуна і т. Д. У потужних перетворювачах для електровозів рівень номінальної напруги на вході інвертора зазвичай вибирають в діапазоні від 1800 до 3600 В.
У схемі прямого включення неможливо підтримку величини напруги на вході інвертора U d на заданому стабільному рівні незалежно від величини напруги в контактній мережі. У цьому випадку напруга на вході інвертора U d завжди в середньому близько до текущемунапряженію на струмоприймачі електровоза. Це означає, що конструкції перетворювача і двигуна повинні бути розраховані на максимальну напругу на вході інвертора порядку 4000 В - граничне робоча напруга в системі тягового електропостачання постійного струму.
При максимальному робочому напрузі на вході інвертора 4000 В можна використовувати найпростішу схему інвертора, якщо силові напівпровідникові прилади мають граничне допустима напруга 6500 В (65-го класу). Це обумовлено необхідністю певних запасів по напрузі у зв'язку з тим, що при вимкненнях на силовому напівпровідниковому приладі завжди виникають перенапруги, амплітуда яких не повинна перевищувати гранично допустима напруга.
Замикаються силові напівпровідникові прилади IGBT-транзистори 65-го класу з'явилися тільки на початку XXI ст. Раніше, в 1990-і роки, були доступні тільки GTO-тиристори 45-го класу (на 4500 В). Щоб при використанні таких силових напівпровідникових приладів інвертор надійно працював при напрузі на вході 4000 В, необхідно послідовне з'єднання силових напівпровідникових вентилів. Але GTO-тиристори й IGBT-транзистори не допускають безпосереднього послідовного з'єднання, так як вмикаються і вимикаються дуже швидко. У ці короткі проміжки часу забезпечити рівномірний розподіл напруги між послідовно з'єднаними приладами технічно неможливо. У зв'язку з цим в 1990е роки були розроблені спеціальні схеми інверторів, які забезпечують необхідні умови роботи силових напівпровідникових приладів по напрузі. На рис. 1.4 показані дві застосовуються на електровозах схеми інверторів, що отримали спрощені найменування триточкова схема і подвійна зірка .
Як видно з рис. 1.4, в обох схемах використовують 12 силових ключів замість 6. Характерною особливістю обох схем є розділене на дві половини проміжна ланка постійної напруги. Завдяки цьому розділенню й забезпечується дотримання необхідних умов роботи силових ключів інвертора по напрузі: граничне середнє напруга, прикладена до напівпровідникового приладу в таких схемах, завжди не перевищуватиме половини U d (без урахування комутаційних перенапруг).
Рис. 1.4 - Побудова схем інверторів трехточечная схема ( а ) і подвійна зірка ( б )
У трехточечной схемою рівномірний розподіл напруги між половинами проміжної ланки постійної напруги забезпечується спеціальним алгоритмом включення і виключення силових вентилів з динамічним балансуванням відбору енергії від верхньої і нижньої половин проміжної ланки.
Рис. 1.5 - Поділ фазних обмоток асинхронного двигуна для з'єднання в схему подвійна зірка
А схема подвійна зірка являє собою два звичайних інвертора, з'єднаних послідовно. Середня точка між інверторами ділить проміжна ланка постійної напруги навпіл. Кожен інвертор живить половину обмотки статора тягового двигуна. Для такої схеми фазні обмотки асинхронного двигуна розбиваються на пари рівни...
