Преобразователя на SCR-тиристорах

В случае использования их для питания двух и более двигателей целесообразно применять общий узел емкостной коммутации тиристоров. Принципиальная электрическая схема цепей широтно-импульсного преобразователя на SCR-тиристорах, обеспечивающего раздельное питание двух тяговых двигателей постоянного тока, показана на рис. 1 а. Для упрощения в схеме не показаны обмотки возбуждения двигателей, включенные последовательно с якорными.

Для описания принципа работы преобразователя используем диаграммы мгновенных значений токов и напряжений на элементах схемы, приведенных на рис. 1, б.

Рис. 1.Принципиальная электрическая схема цепей широтно-импульсного преобразователя на 5С-тиристорах

Пусть в исходном состоянии (до момента времени t₀) тиристор FS1 находился в проводящем состоянии, соединяя тяговый двигатель Ml с источником питания, коммутирующий конденсатор С был заряжен так, что левая его обкладка имела положительный потенциал, а правая - отрицательный. При этом ток тягового двигателя М2 замыкался через обратный диод VD2. В момент времени t₀ отпираются гасящие тиристоры VS4 и VS5 и к тиристору VS прикладывается напряжение коммутирующего конденсатора обратной полярности. Тиристор запирается, а протекавший через него ток начинает перезаряжать конденсатор, полярность которого к моменту времени t становится противоположной по отношению к моменту времени /о, но такой же величины (равной напряжению источника питания). С этого момента и до момента времени t₅ ток в цепи тягового двигателя Ml замыкается через обратный диод VD. В момент времени Ь отпирается тиристор VS2 и ток тягового двигателя М2, замыкавшийся до этого через обратный диод, начинает протекать через него. В момент времени ty отпираются гасящие тиристоры VS3 и VS6 и к тиристору VS2 прикладывается напряжение коммутирующего конденсатора обратной полярности. Тиристор запирается, а протекавший через него ток начинает перезаряжать конденсатор, полярность и величина которого к моменту времени /₄ становятся исходными (равными напряжению источника питания). В момент времени /₅ отпирается тиристор VS и вновь присоединяет тяговый двигатель к источнику питания. В момент времени /₆ отпираются гасящие тиристоры VS4 и VS5 и к тиристору VS 1 прикладывается напряжение коммутирующего конденсатора обратной полярности. Тиристор запирается, а протекавший через него ток начинает перезаряжать конденсатор. Далее процессы в электрических цепях повторяются. Период регулирования в каждой фазе определяется интервалом времени 4 - /о, а период потребления тока от источника питания - интервалом времени Гз - to= t_b ~h ⁼ Т_р12. Таким образом, пульсация тока, потребляемого от источника питания, имеет двойную частоту по отношению к частоте тока, протекающего в фазах.

Описанная схема универсальна и применима для питания тяговых двигателей на подвижном составе рельсового транспорта, где используются двухосные ходовые части тележечного исполнения с индивидуальным приводом. Пожалуй, единственный недостаток схемного решения такого рода ключей - это невозможность использовать их в режимах пуска и торможения без применения дополнительных коммутационных аппаратов.

IGBT-транзисторы

При использовании в качестве элементов электронных ключей полупроводниковых приборов типа IGBT -транзисторов схемные решения ключей существенно упрощаются. В качестве примера на рис.2 приведена принципиальная электрическая схема преобразователя на двух IGBT- транзисторах, обеспечивающая переход из режима пуска в режим торможения без использования дополнительных коммутационных аппаратов.

Рис. 2 Схема преобразователя на /СЯГ-транзисторах

В отличие от рассмотренной ранее схемы преобразователя на SCR- тиристорах в данной схеме наличие двух транзисторов позволяет осуществить питание тягового двигателя от источника в режиме тяги и перейти в режим торможения. Для пуска двигателя используется транзистор VT_y изменяя длительность проводящего состояния которого, можно регулировать величину среднего за период напряжения, подаваемого на него от источника. При этом в период паузы (запертого состояния транзистора) ток двигателя циркулирует по контуру, образованному встроенным в транзистор VT2 обратным диодом.

Для перехода в режим торможения включается транзистор VT2, что обеспечивает протекание якорного тока двигателя в направлении, обратном тому, которое он имел в режиме пуска. Изменяя длительность проводящего состояния транзистора, можно регулировать величину тока двигателя. При переходе транзистора в непроводящее состояние ток двигателя благодаря шунтирующему диоду транзистора VT замыкается через источник.

Для изменения направления движения транспортных средств с приводами постоянного тока, как известно, необходимо поменять на противоположное направление тока в цепи якоря или в цепи обмотки возбуждения, т. е. использовать реверсор. В отличие от схем реостатного пуска реверсор может быть выполнен по схеме «моста» на базе полупроводниковых элементов. При использовании в качестве полупроводниковых элементов /С/Г-транзисторов реверсор позволяет не только изменять направление тока, но и регулировать его величину. Независимо от количества тяговых двигателей на подвижном составе схема электронного реверсора идентична. В качестве примера на рис. 3 приведена схема реверсирования тока в обмотках возбуждения для транспортного средства с четырьмя двигателями.

Рис. 3 Схема электронного реверсора

Принцип работы электронного реверсора заключается в следующем. При движении транспортного средства в одном направлении питание обмоток возбуждения осуществляется, например, через транзисторы VTI и VT4. Величина тока в обмотках возбуждения регулируется длительностью проводящего состояния транзисторов. В период непроводящего состояния транзисторов ток обмоток возбуждения замыкается через источник питания благодаря обратным диодам транзисторов VT2 и VT3.

Для изменения направления движения отпираются транзисторы VT2 и F73. В период нахождения их в непроводящем состоянии ток обмоток возбуждения циркулирует через обратные диоды транзисторов VTX и VT4.