Тяговый преобразовыватель

Общее представление

Тяговый преобразователь — силовой модуль, предназначеный для увеличения производительности привода. Используются в основном для асинхронных приводов, являются основными элементами силовых цепей электротранспорта и подъёмной техники. Самыми распространёнными видами тяговых преобразователей являются трёхфазные преобразователи (инверторы) по схеме Ларионова ("три параллельных полумоста") на тиристорных ключах (GTO) или на транзисторных ключах (

Виды преобразователей

Самыми распространёнными видами тяговых преобразователей на сегодняшний день являются GTO и IGBT, пришедшие на смену приводов с реостатным регулятором .

Привода с реостатным регулятором начали использоваться в электротранспорте с 1880-х годов для обеспечения плавного передвижения вагона. Автоматический реостатный регулятор известен с начала XX века и называется реостатно-контакторной системой управления (РКСУ). Главным элементом является контактор с системой реостатов (на сленге техников "ускоритель"). При нажатии педали ускорения ("ходовой" педали) "палец" ускорителя начинает медленно смещаться к контакту; машина начинает плавно ускоряться. При торможении привод переходит в режим генератора и нагревает резистор.

Недостатки:

• Перегрев, приводящий к частым поломкам подвижного состава.
• Избыточный расход электроэнергии.

Решение проблемы:

В 1970-х годах в нескольких странах одновременно началась разработка тиристорных систем контроля привода. Широкое распространение эта система получила в 1980-х годах, начиная с 1981 года троллейбусы Шкода-14тр стали снабжаться GTO-модулями. Такая система носит название тиристорно-импульсной системы управления (ТИСУ). Ток от тягового преобразователя подаётся на привод с частотой 400 импульсов/минута с регулируемой скважностью. Это как обеспечивает плавный ход, так и позволяет избегать ненужного расхода электроэнергии.

Трёхфазный преобразователь по схеме Ларионова на тиристорах (GTO)

GTO

Основная статья: GTO

GTO преобразователь для 1 привода по схеме Ларионова

GTO — Gate Turn Off — преобразователь, силовая цепь которого содержит тиристоры. Разработка тиристорно-импульсных преобразователей началась в 1970-х годах из-за недостатков реостатных регуляторов (ускорителей) электротранспорта.

GTO-преобразователи используются в большинстве электротранспорта, выпущенного в 1980-х годах.

GTO-модуль в лаборатории Таллинского технического унивеситета

IGBT

Принципиальная схема IGBT инвертора по схеме Миткевича. Данный инвертор можно встретить, например в современных моделях троллейбусов с 1 тяговым приводом

Основная статья: биполярные транзисторы. Разработка началась в 1990-х, широкое применение нашли с конца 1990-х годов. Упрощается реализация рекуперативного торможения. Троллейбус или трамвай, снабжённый IGBT-модулем при торможении (при переходе привода в режим генератора) не нагревает резистор, а отдаёт ток обратно на тяговую подстанцию.

Установка IGBT-модуля на Таллиннский трамвай Tatra KT4 №107, проект разработан Таллиннским техничеким университетом

Технические данные IGBT-модуля для трамвая Tatra KT4

Тяговый IGBT-привод троллейбуса производства ООО НПФ «Ирбис» и ЗАО «Арстерм»

Тяговый IGBT-привод трамвая производства ООО НПФ «Ирбис» и ЗАО «Арстерм»

Двойное трансформирование приводит к двойному расходу меди и стали. В этой схеме транзисторные ключи создают только один полупериод. Эта схема является аналогом трёх однополупериодных выпрямителей со всеми их недостатками - большое эквивалентное активное сопротивление (большой расход меди), очень низкий коэффициент использования габаритной мощности трансформатора (большой расход стали). Один трёхфазный трансформатор такой же мощности имеет меньший вес и размеры, чем три однофазных. Поэтому, как и в мощных выпрямителях, в мощных преобразователях (инверторах) перешли к трёхфазным преобразователям по схеме Ларионова, которая позволяет применить ключи с почти вдвое меньшей мощностью. Преобразователь по схеме "три параллельных полных моста" имеет ещё лучшие характеристики и позволяет применять ключи с почти вдвое меньшей мощностью, чем в схеме Ларионова.

Трёхфазный преобразователь по схеме "три параллельных полных моста"

Трёхфазный преобразователь по схеме "три параллельных полных моста" (на двенадцати ключах) по многим параметрам превосходит инвертор по схеме Ларионова ("три параллельных полумоста" (на шести ключах)).

См. также

• Частотно-регулируемый привод
• Тиристорно-импульсная система управления
• Электропривод
• Инвертор (преобразователь)

Wikimedia Foundation. 2010.