Применение шунтирующего разрядного плеча на базе полностью управляемых полупроводниковых приборов в силовой схеме электровоза переменного тока в режиме рекуперативного торможения

Дата поступления: 
05.10.2020
Библиографическое описание статьи: 

Баринов И.А. Применение шунтирующего разрядного плеча на базе полностью управляемых полупроводниковых приборов в силовой схеме электровоза переменного тока в режиме рекуперативного торможения / И.А. Баринов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – 2020. –№ 4 (68). – С. 166–175. – DOI: 10.26731/1813-9108.2020.4(68).166-175

Рубрика: 
Год: 
2020
Номер журнала (Том): 
УДК: 
629.423.1
DOI: 

10.26731/1813-9108.2020.4(68).166-175

Файл статьи: 
Страницы: 
166
175
Аннотация: 

В статье представлены результаты аналитико-математического исследования использования шунтирующего разрядного («девятого») плеча на базе современных полностью управляемых полупроводниковых приборов с целью оптимизации управления тиристорными плечами тяговых преобразователей и повышения энергетических показателей электровозов переменного тока. Разрядное плечо устанавливается в цепь выпрямленного тока силовой схемы параллельно катодной и анодной шинам преобразователя и выполняет функцию альтернативного контура протекания тока в обход тиристорных плеч, что позволяет осуществлять их оперативное выключение. Приводится описание технической проблемы, на решение которой направлен предлагаемый способ управления. Дается краткая историческая справка по изобретениям-предшественникам предлагаемого технического решения. Изложены достигнутые результаты, перечислены обусловленные техническими ограничениями недостатки изобретений. В работе описываются предлагаемый способ управления тиристорными плечами преобразователей с использованием разрядного плеча на IGBT-транзисторах, а также протекающие в силовой схеме электромагнитные процессы на примере аналитических диаграмм, приводится таблица управляющих импульсов нового алгоритма управления. Представлены результаты математического моделирования технического решения в комплексной модели системы «тяговая подстанция – контактная сеть – электровоз» в среде имитационного моделирования Matlab Simulink. Результаты моделирования позволяют сделать вывод о работоспособности предлагаемого способа управления и достижении существенного повышения коэффициента мощности электровоза в режиме рекуперативного торможения на всем диапазоне регулирования напряжения (скорости).

Список цитируемой литературы: 
  1. Мельниченко О.В. Повышение энергетической эффективности тяговых электроприводов электровозов переменного тока: специальность 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы»: дис. на соиск. ученой степ. д-ра техн. наук / О.В. Мельниченко // Хабаровск, 2015. 392 с.
  2. Власьевский С.В. Повышение эффективности выпрямительно-инверторных преобразователей электровозов переменного тока с рекуперативным торможением: специальность 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы»: дис. на соиск. ученой степ. д-ра техн. наук / С.В. Власьевский // Хабаровск, 2001. 396 с.
  3. Тихменев Б.Н. Электровозы переменного тока с тиристорными преобразователями / Б.Н. Тихменев, В.А. Кучумов // М.: Транспорт, 1988. 311 с.
  4. Савоськин А.Н. О качестве процессов регулирования инвертора электровоза / А.Н. Савоськин, В.А. Голованов, В.Е. Коваль, А.А. Ефремов // Вестник ВНИИЖТ, 1981, № 8. С. 24.
  5. Савоськин А.Н. Повышение коэффициента мощности электровоза переменного тока / А.Н. Савоськин, Ю.М. Кулинич, Р.П. Гринберг // Электротехника, 2002, № 5. С. 11–16.
  6. Власьевский С.В. Эффективность и проблемы применения рекуперативного торможения на электровозах переменного тока / С.В. Власьевский, В.В. Кравчук // Вестник ВЭлНИИ, 2005, № 2 (49). С. 147–158.
  7. Тихменев Б.Н. Электровозы переменного тока со статическими преобразователями / Б.Н. Тихменев. М.: Трансжелдориздат, 1958. 268 с.
  8. Патент № 2 322 749, Российская Федерация, МПК H02M 5/42 (2006.01), B60L 9/12 (2006.01). Способ управления многозонным выпрямителем однофазного переменного тока. Заявка № 2006140957/09 от 20.11.2006; опубл. 20.04.2008, бюл. № 11 / С.В. Власьевский, А.К. Бабичук, О.В. Мельниченко // Патентообладатель: ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» (ДВГУПС).
  9. Патент № 2 418 354, Российская Федерация, МПК H02M 5/12 (2006.01). Зависимый многозонный инвертор однофазного переменного тока. Заявка № 2010113666/07 от 07.04.2010; опубл. 10.05.2011, бюл. № 13 / С.В. Власьевский, Е.В. Буняева, В.Г. Скорик, Д.С. Фокин // Патентообладатель: ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» (ДВГУПС).
  10. Патент № 2 737 075, Российская Федерация, МПК H02M 7/70 (2006.01), СПК H02M 7/70 (2020.08). Способ управления сетевой коммутацией тиристорных плеч выпрямительно-инверторного преобразователя. Заявка № 2020115066 от 26.03.2020; опубл. 24.11.2020, бюл. № 33 / С.А. Богинский, О.В. Мельниченко, А.Ю. Портной, А.О. Линьков, С.Г. Шрамко, И.А. Баринов // Патентообладатель: ФГБОУ ВО «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ИрГУПС).
  11. Патент № 2 561 913, Российская Федерация, МПК H02P 7/292 (2006.01). Способ управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока. Заявка № 2014115762/07 от 18.04.2014; опубл. 10.09.2015, бюл. № 25 / С.В. Власьевский, В.В. Семченко, О.В. Мельниченко // Патентообладатель: Власьевский С.В.
  12. Yang Sh. An Industry-Based Survey of Reliability in Power Electronic Converters [Внутриотраслевой опрос на тему надежности силовых преобразователей] / Sh. Yang, A. Bryant, Ph. Mawby, D. Xiang, L. Ran, P. Tavner // Сборник трудов по прикладным технологиям индустрии Института инженеров электротехники и электроники (IEEE), май – июнь 2011. Т. 47, № 3, 14 марта 2011. C. 1441–1451.
  13. Ciappa M. Lifetime Prediction of IGBT Modules for Traction Applications [Прогноз срока службы модулей IGBT для тяговых нужд] / M. Ciappa, W. Fichtner // Сборник трудов 38-го Международного симпозиума по физике надежности Института инженеров электротехники и электроники (IEEE) – 2000, 10–13 апреля 2000. C. 210–216.
  14. Линьков А.О. Математическое моделирование работы электровоза с новой выпрямительной установкой возбуждения на IGBT-транзисторах / А.О. Линьков, О.В. Мельниченко, А.Ю. Портной, С. Г. Шрамко // Наука и техника транспорта, 2013, № 2. С. 21–28.
  15. Устинов Р.И. Моделирование аварийных процессов выпрямительно-инверторных преобразователей электровоза при пропуске управляющих импульсов / Р.И. Устинов, О.В. Мельниченко // Вестник ИрГТУ, 2018, № 3. С. 244–254.
  16. Томилов В.С. Proposals for Introduction of Modern Power Semiconductor Devices Into Converter-Fed Commutator Motor Locomotives of Russian Railways [Предложения по внедрению современных силовых полупроводниковых приборов на российских локомотивах с тяговыми преобразователями и коллекторными двигателями] / В.С. Томилов, Т.В. Волчек, И.A. Баринов // Сборник трудов Международной конференции по индустриальному машиностроению, внедрению и производству (ICIEAM) – 2020, 9 июня 2020.
  17. Патент № 2 689 786, Российская Федерация, МПК H02P 7/292 (2006.01), СПК H02P 7/292 (2019.02). Способ управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока. Заявка № 2018121872 от 13.06.2018; опубл. 29.05.2019, бюл. № 16 / И.А. Баринов, С.В. Власьевский, Ю.В. Газизов, А.О. Линьков, О.В. Мельниченко, А.Ю. Портной, С.Г. Шрамко, Д.А. Яговкин // Патентообладатель: ООО «Транспортные прогрессивные технологии» (ТрансПроТех).
  18. Патент № 2 728 891, Российская Федерация, МПК B60L 9/12 (2006.01), B60L 7/12 (2006.01), H02P 7/292 (2006.01), H02M 7/162 (2006.01), СПК B60L 9/12 (2020.02), B60L 7/12 (2020.02), H02P 7/292 (2020.02), H02M 7/1623 (2020.02), B60L 2210/30 (2020.02). Выпрямительно-инверторный преобразователь электроподвижного состава и способ его управления в режиме рекуперативного торможения. Заявка № 2019142069, от 16.12.2019; опубл. 31.07.2020, бюл. № 22 / И.А. Баринов, О.В. Мельниченко, А.Ю. Портной, А.О. Линьков, С.Г. Шрамко, Д.А. Яговкин, В.С. Томилов // Патентообладатель: ФГБОУ ВО «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ИрГУПС).