Автономный инвертор напряжения (АИН) служит для преобразования постоянного напряжения 3 кВ в трехфазное переменное напряжение, необходимое для питания асинхронных тяговых двигателей. При этом выходное напряжение и частота могут меняться. Принципиальная схема силовой части АИН приведена на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Упрошенная принципиальная схема АИН

Рис. 5.4. Упрошенная принципиальная схема АИН: Ud — постоянное питающее напряжение; А—X, В—Y, С—Z — обмотки трехфазного асинхронного двигателя; 1—6 — IGBT-транзисторы

Рассмотрим принцип формирования кривой выходного напряжения на примере 180-градусного алгоритма управления АИН. Алгоритм открытия транзисторов АИН, мгновенные схемы замещения АТД и значения фазных напряжений сведены в табл. 5.2.

Таблица 5.2. Алгоритм открытия транзисторов АИН и мгновенные схемы замещения АТД

Таблица 5.2. Алгоритм открытия транзисторов АИН и мгновенные схемы замещения АТД

Таблица 5.2. Алгоритм открытия транзисторов АИН и мгновенные схемы замещения АТД

Алгоритм удовлетворяет следующим условиям:

  • каждый транзистор открыт в течение 180 электрических градусов (1/2 периода выходной частоты);
  • одновременно работают три транзистора;
  • все три фазных обмотки двигателя находятся под напряжением в течение всего периода выходного напряжения;
  • переключения транзисторов осуществляются через 60 электрических градусов (1/6 периода выходной частоты).

Напряжения на фазах двигателя (UA, UB, UC) определяются по следующим правилам:

  • если фаза подключена «в одиночку», то абсолютное значение напряжения на ней составит 2/3 питающего напряжения Ud,
  • если две фазы подключены параллельно, то абсолютное значение напряжения на них составит 1/3 питающего напряжения Ud,
  • фазы, подключенные к плюсу источника питания, имеют положительный потенциал, к минусу — отрицательный.

Кривые фазных напряжений при 180-градусном алгоритме управления приведены на рис. 5.5. Можно доказать, что величина фазного напряжения при 180-градусном алгоритме будет составлять ~ 0,45 Ud,

UФ=0,45Ud;

Рис. 5.5. Фазные напряжения при 180-градусном алгоритме управления АИН

Рис. 5.5. Фазные напряжения при 180-градусном алгоритме управления АИН

где Ud — входное напряжение преобразователя.

Данный алгоритм позволяет менять частоту на выходе преобразователя (а значит и частоту вращения АТД) за счет изменения частоты коммутации транзисторов. Однако, как известно из курса «Электрические машины», момент асинхронного двигателя прямо пропорционален квадрату напряжения и обратно пропорционален частоте питающего напряжения:

Поэтому одновременно с частотой необходимо менять и напряжение. В связи с этим алгоритм 180-градусного управления используют при наличии возможности изменения напряжения на входе инвертора. В схеме электропоезда «Ласточка» такая возможность не предусмотрена, поэтому АИН работает в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ), из-за чего в технической документации его часто называют ШИМ-инвертором.

Принцип формирования алгоритма ШИМ поясняется рис. 5.6 и 5.7. Формируются три опорные синусоиды (UA, UB, UC) с частотой fвых со сдвигом в 120° и кривая пилообразного напряжения (fПИЛ) с частотой fнес. Отношение fнес/fвых называется кратностью выходного напряжения. Транзисторы АИН переключаются в моменты равенства напряжений опорных синусоид (UA, UB, UC) и пилообразного напряжения fПИЛ следующим образом:

U>Uпил ⇒ VT4↑ VT1↓

UB>Uпил ⇒ VT2↑ VT5↓

U>Uпил ⇒ VT6↑ VT3↓

где VT4↑ означает, что транзистор VT4 открыт, VT1↓ означает, что транзистор VT1 закрыт.

Рис. 5.6. ШИМ при кратности 9

Рис. 5.6. ШИМ при кратности 9

Рис. 5.7. Формирование алгоритма ШИМ при кратности 9 в интервале 2Тнес

Рис. 5.7. Формирование алгоритма ШИМ при кратности 9 в интервале 2Тнес

Частота переключений силовых транзисторов ограничена на уровне 450 Гц. Увеличение частоты коммутаций приводит к увеличению коммутационных потерь в полупроводниковых приборах, поэтому при увеличении выходной частоты АИН кратность снижается. На рис. 5.8 приведены осциллограммы токов и напряжений для кратности 3. При низкой выходной частоте АИН (пуск и движение с низкими скоростями) кратность, наоборот, увеличивается, что уменьшает процент высоких гармоник в кривой выходного тока. Осциллограммы токов и напряжений АНН для кратности 15 приведены на рис. 5.9.

Рис. 5.8. ШИМ при кратности 3

Рис. 5.8. ШИМ при кратности 3

Рис. 5.9. ШИМ при кратности 15

Рис. 5.9. ШИМ при кратности 15

Вспомогательное пневматическое оборудование

2023 © Максим Веселов. Все права защищены. Сетевое издание «Машинист электропоезда», зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций, свидетельство о регистрации ЭЛ № ФС77-83739 от 12.08.2022 г.

Ограниченная ответственность. Материалы, размещенные на этом Интернет-сайте взяты из открытых источников и размещены на безвозмездной основе. Копирование информации из одного открытого источника в другой не является нарушением авторских и смежных прав.