автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Многозвенные реактивные структуры преобразующих устройств электровозов и электропоездов постоянного тока

На правах рукописи

КОРНЕВ Александр Сергеевич

МНОГОЗВЕННЫЕ РЕАКТИВНЫЕ СТРУКТУРЫ ПРЕОБРАЗУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОВОЗОВ И ЭЛЕКТРОПОЕЗДОВ ПОСТОЯННОГО

ТОКА

Специальность: 05.22.07 Подвижной состав железных дорог и тяга поездов.

05.09,03 Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование.

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в Петербургском государственном университете путей сообщения.

Научный консультант:

Доктор технических наук, профессор ПЛАКС Алексей Владимирович

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Семенов Николай Павлович Доктор технических наук, профессор Пречисский Владимир Антонович Доктор технических наук, профессор Гаврилов Геннадий Николаевич

Ведущее предприятие: РАО "Высокоскоростные магистрали"

Защита состоится " " ^йсд^оз_1998 г.

В У/ час оо мин на заседании диссертационного совета Д114.03.02 при Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр.9, ауд. 5-407. Fax.(812)315-26-21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

Автореферат разослан "/б " ¿/О^Бр^ 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд.техн.наук, доцент

В. В.Рудаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Россия занимает первое место в мире по протяженности электрических железных дорог 39,3 тыс.км, из них 19,1 тыс.км линий постоянного тока. На электрической тяге выполняется более 60% грузовых перевозок.

Эксплуатируемые электровозы и электропоезда были разработаны несколько десятилетий тому назад и в настоящее время постепенно вырабатывают свой ресурс. Перед Министерством Путей Сообщения России стоит проблема создания нового поколения электровозов и электропоездов постоянного тока, оснащенных полупроводниковыми преобразователями и инверторами.

Применение импульсного регулирования остро ставит проблему сглаживания пульсирующей составляющей тока, которая оказывает негативное влияние на устройства, обеспечивающие безопасность движения, и требует установки входных, индуктивно-емкостных фильтров, масса которых достигает нескольких тонн. Существенное снижение этой массы возможно при использовании многозвенных фильтров. Однако, их теоретическое исследование весьма затруднительно и поэтому такие фильтры имеют ограниченное применение.

Надежность работы полупроводниковых преобразователей определяется параметрами коммутирующего контура и может быть повышена за счет применения корректирующих звеньев, а такх.а необходимостью учитывать возможность возникновения аварийных ситуаций, ликвидация которых должна осуществляться без повреждения полупроводниковых приборов.

Цель работы.

Совершенствование импульсных преобразователей электровозов и электропоездов постоянного тока за счет применения многозвенных реактивных структур.

В работе решаются следующие задачи:

1.Разработка структуры и метода расчета формирующих цепей с корректирующими звеньями для импульсных прерывателей, позволяющих получить трапецеидальный импульс коммутирующего тока, что улучшает энергетические показатели преобразователя и повышает надежность его работы.

2. Разработка структуры и метода расчета многозвенного входного фильтра, обеспечивающего существенное

снижение пульсаций тока в контактной сети без заметного увеличения массы и габаритов реактивных элементов.

3. Анализ режимов короткого замыкания на выходе импульсного прерывателя и разработка мероприятий, обеспечивающих повышение работоспособности полупроводниковых приборов.

4.Исследование способов уменьшения накопленного заряда обратного восстановления полупроводниковых приборов . разработка рекомендаций по уменьшению суммарных потерь в приборах различного функционального назначения. ,

5.Экспериментальная проверка разработанных рекомендаций. -V

Методы исследования.

Теоретические исследования выполнены на основе теории электрических цепей; разработаны: численно-аналитические модели многозвенных реактивных структур и: цифровые алгоритмы для расчета электромагнитных процессов в них.

Экспериментальные исследования выполнены на физической модели импульсного преобразователя мощностью 40 кВт, в лаборатории .¿"Электрической тяги" ПГУПС, на экспериментальном электропоезде ЭР22-02 (опытное кольцо ВНИИЖТ) и экспериментальном электропоезде ЗР2-867 в моторвагонном депо ТЧ20 Октябрьской железной дороги.

Научная новизна работы:

-предложен и исследован метод формирования импульсов трапецеидальной формы, улучшающих условия коммутации полупроводниковых приборов;

-предложен численно-аналитический метод расчета переходных функций многозвенных входных ЬС фильтров, импульсных преобразующих систем;

-разработана методика расчета переходных характеристик режима короткого замыкания и выбора параметров ограничительных элементов с учетом зависимостей допустимых амплитуд ударных токов;

-исследованы способ уменьшения накопленного заряда восстановления.полупроводниковых приборов и влияние этого заряда на суммарные потери в приборах;

-новизна предложенных решений подтверждена шестью авторскими свидетельствами.

Достоверность положений и выводов по работе.

Подтверждена хорошей сходимостью результатов расчета и экспериментов, проведенных ; в лаборатории "Электрической тяги" ПГУПС на физической модели тягового привода мощностью 40 кВт,' на опытном кольце" ВНИ-ИЖТа на экспериментальной моторвагонной секции ЭР22-02, в моторвагонном депо ТЧ20 Октябрьской ж.д. на экспериментальном электропоезде ЭР2-867.

Практическое значение работы:

-рекомендованы структура и параметры контура формирования коммутирующих импульсов, обеспечивающих повышение работоспособности полупроводниковых приборов на электрическом подвижном составе;

-рекомендованы структура и параметры входного фильтра импульсного преобразователя позволяющие улучшить показатели сглаживания пульсаций тока в контактной сети;

-определены параметры ограничительной индуктивности, обеспечивающей работоспособность полупроводниковых приборов при аварийных режимах;

-даны рекомендации по пределам заряда обратного восстановления для полупроводниковых приборов различного функционального назначения, применяемых на электрическом подвижном составе.

Результаты работы использованы:

-РАО "Высокоскоростные магистрали" при разработке экспериментального вагона электропоезда постоянного тока ЭР2-220302 с асинхронными тяговыми двигателями, проходящим испытания в моторвагонном депо ТЧ15 Октябрьской железной дороги;

-АО "Электровыпрямитель" при разработке новой серии полупроводниковых приборов ДЧ443 и ДЧ453, ориентированных на применение в импульсных прерывателях и инверторах электроподвижного состава;

-ВНИИЖТ при испытании на опытном кольце экспериментального электропоезда ЭР22-02;

-Локомотивным депо ТЧ7 Октябрьской железной дороги, проводящим опытную эксплуатацию диодов серии ДЛ153-1250-32 на электровозах ВЛ11М-311 и ВЛ11м-417.

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: VI Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электровозостроения в стране" (Тбилиси, 1987 г.); IV Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы преобразовательной техники" (Киев, 1987 г.); Межреспубликанской конференции "Энергетическая электроника на транспорте" (Севастополь, 1990 г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка методов и средств' экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения промышленности и транспорта" (Днепропетровск, 1990 г.); Юбилейной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Члена-корр. АН СССР А.Е.Алексеева "Перспективные системы и совершенствование устройств электрической тяги на железнодорожном транспорте и электромашиностроении" (Ленинград, 1991 г.); V Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы преобразовательной техники" (Киев, 1991 г.); III Международной научно-технической конференции "Нетрадиционные электромеханические системы" (Алушта, 1997 г.); VI Международной научно-технической конференции "Проблемы повышения технического уровня энергетических систем и электрооборудования кораблей плавучих сооружений и транспортных средств" (Санкт-Петербург, 1998 г.).

Публикации.

Основные положения диссертации изложены в 32 публикациях, в том числе 13 статей в научных журналах и сборниках, 6 авторских свидетельств и других публикациях.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Основной текст содержит 266 страниц, включая 62 рисунка и 14 таблиц. Список литературы включает 215

наименований, в том числе 29 на иностранных языках. Приложение имеет объем 12 страниц. Всего 304 страницы.

Содержание работы

Во введении дана оценка современного состояния проблемы, сформулированы главные задачи в области электровозостроения, нацеленные на наиболее перспективные направления развития электрической тяги на постоянном токе. Обоснована важность и.актуальность вопросов, решаемых в диссертационной работе.

В первой главе рассмотрено применение реактивных структур в системах импульсного преобразования энергии электровозов и электропоездов постоянного тока с коллекторными и бесколлекторными тяговыми электродвигателями. Даны оценки состояния и перспективы развития силовой электроники для современного электропривода. Сформулированы основные положения, выносимые автором на защиту.

Появление в первой половине двадцатого столетия мощных ионных и электронных вентилей повлекло за собой многочисленные работы как отечественных, так и зарубежных ученых, посвященные изучению возможности создания систем электрической т^ги на постоянном токе со статическими преобразователями. Уже в 1931 году на целесообразность применения статических преобразователей на подвижном составе в своих докладах комиссии по выбору системы тока для электрификации железных дорог СССР указали Н.Н.Сидоров и М.М.Ситников.

Системы импульсного преобразования энергии для электрического подвижного состава стали разрабатываться в конце 50-х годов, когда в Московском энергетическом институте (МЭИ) ла кафедре "Электрический транспорт" под руководством профессора В.Е.Розенфельда были начаты работы по созданию систем электрической тяги на постоянном токе со статическими преобразователями. В 1959 году в МЭИ создается макетная установка преобразователя постоянного тока на тиратронах, которая была испытана на моторном вагоне Московской железной дороги.

В 1965 году Тбилисским электровозостроительным заводом совместно с МЭИ был разработан проект опытного двухсекционного электровоза ВЛ8-, рассчитанный на напряжение 3 и 6 кВ постоянного тока с тиристорными преобразователями. Эксплуатационные испытания полностью подтвердили работоспособность и высокие тяговые свойства этого электровоза.

Кафедрой "Электрическая тяга" ЛИИЖТа в содружестве с локомотивным депо Ленинград-Московский-Сортировочный Октябрьской ж.д. был разработан опытный маневровый электровоз ВЛ23-006 с импульсным регулированием напряжения на коллекторах тяговых электродвигателей. Масса импульсного преобразователя 7050 кг при мощности 3150 кВт. В 1970 году начались его опытные поездки.

В 1971 году сотрудники ЦНИИ МПС совместно с Таллинским электротехническим заводом разработали тири-сторный импульсный преобразователь* для электропоезда ЭР-2, отличающийся .уменьшенным количеством тиристоров. Параллельно, с развитием систем импульсного управления для электрического подвижного состава проводились работы по использованию импульсного управления на метрополитене, троллейбусе, трамвае, промышленном наземном и подземном транспорте.

Появление тиристоров вызвало большой интерес к применению импульсных преобразователей на подвижном составе постоянного тока ив зарубежных странах, в Европе это прежде всего Германия и Англия.

В упрощенном виде • наиболее распространенная структурная блок-схема тяговой цепи электровоза постоянного тока с импульсным регулированием напряжения на коллекторах тяговых -.электродвигателей приведена на рис.1. Здесь группа двигателей тягового привода1 электровоза периодически,к с^помощью импульсного прерывателя (ИП), подключается . к. контактной сети постоянного тока через низкочастотный; входной фильтр.

3,а ■ счет возможности плавно регулировать напряжения на; тяговых»; двигателях электровозов, сцепной вес может быть увеличен-до »10%.' Дальнейшее- увеличение силы тяги можно получить за'счет применения асинхронного5 привода, который '-имеет большую перегрузочную способность • по; сравнению с коллекторными тяговыми электродвигателями.

Структурная блок-схема тяговой цепи электровоза с питанием от контактной сети* постоянного тока с асин-' хронными■'тяговыми двигателями (АТД) приведена на рис.2; Импульсный прерыватель (ИП), через•' входной фильтр, формирует'на выходе постоянное напряжение заданного уровня. Выходной преобразователь' - автономный инвертор напряжения (АИН) или тока (АИТ) регулирует прикладываемое к обмотке статора АТД напряжение й -его '' частоту.

При разработке мощных тиристорно-импульсных прерывателей для тягового электропривода, реактивные параметры традиционной ЬС формирующей цепи зачастую приходится 'заметно' увеличивать, что ведет к росту потерь в контуре коммутации и увеличению нагрузки на вентили.

Снизить1" потери,■'сопровождающие коммутацию, за счет уменьшения'гамплитуды тока коммутирующего конден-сатор>аг 'й : йолучйть "импульс трапецеидальной формы для коммутации тиристоров мощных импульсных систем можно, использ£я;:': корректирующие звенья ' в составе основной формирующей : цепи [18] . Это открывает дополнительные резервы,' способствующие общему улучшению энергетических1 показателей преобразующих систем, за счет качественного улучшения протекания коммутационных процессов. Однако, формирующие цепи с корректирующими звеньями широкого применения в' цепях импульсных прерывателей не находят. Причинами тому являются недостаточный опыт работы с подобными цепями и сложность их теоретических исследований, преодоление которых позволит улучшить показатели мощных преобразовательных установок для электровозов и электропоездов. :

При работе систем импульсного регулирования энергии электроподвижного состава в режимах тяги Или рекуперативного торможения влияние на контактную сеть пульсирующей составляющей.тока весьма велико, что может серьезно повлиять на функционирование систем связи и автоблокировки, увеличивая уровень помех и повышая вероятность их сбоя. Для уменьшения такого влияния на электроподвижном составе при импульсном регулировании наибольшее распространение1 получили Г-образный сглаживающий ЬС-фильтр. Изучение его статических и динамических характеристик выявйлй целесообразность использования многозвенных сглаживающих: фильтров. В большинстве известных публикаций : основное внимание, уделяется вопросам возможного практического использования исследуемых свойств входных фильтров, по совокупности которых достигается тот или иной фильтрующий эффект на фоне уменьшения массо-габаритных показателей реактивных элементов. Поэтому теоретический материал большинства работ носит прикладной характер.

При рассмотрении многозвенных фильтров, составленных из однородных звеньев, в* Силу специфики их работы получить оригиналы пёрёходных' функций весьма затруднительно даже при общепринятый допущениях. Задача существенно усложняется, если параметры ЬС-фильтра неоднородны, и в этом случае аналитические методы недостаточно разработаны. Поэтому дальнейший поиск в нахож-

дении оптимальных аналитических решений, алгоритмов и вычислительных методик, позволяющих ускорить или сократить объем вычислений без нанесения ущерба качеству исследуемых процессов, остается задачей приоритетной и актуальной.

Обеспечить надежное функционирование полупроводниковых преобразователей можно, оснастив их высокоэффективными средствами защиты, выбор которых зависит от режимов работы полупроводниковых приборов, их статических "и динамических параметров, параметров реактивных элементов в цепях преобразователей и источника питания. Кроме того необходимо учитывать специфику возможных аварийных режимов, вызывающих резкое увеличение токовой нагрузки на приборы. Ввиду исполнения преобразующими устройствами всевозможного рода функций, вопросы их защиты решаются по-разному, но обязательно с учетом областей применения и условий эксплуатации.

С целью ограничения скорости нарастания аварийных токов при коротких замыканиях в цепях импульсных преобразователей и инверторов вводятся дополнительные то-коограничивающие катушки индуктивности, обеспечивающие достаточное время для отключения аварийных токов быстродействующими средствами защиты. Наиболее важные теоретические исследования в этой области принадлежат таким известным ученым как: Е.М.Глух, В.Е.Зеленов, Ю.Г.Полетов, В.А.Лабунцов, А.И.Тарасов, В.А.Кузьмин, Ю.А.Евсеев и др. Однако, большинство таких исследований относятся к силовым .выпрямительным установкам, преобразователям частоты и автономным инверторам. Менее изучены аварийные режимы, возникающие в импульсных преобразующих системах электрического подвижного состава постоянного тока, где обязательное присутствие входного ЬС-фильтра существенно усложняет аналитическое исследование наиболее тяжелых режимов коротких замыканий. Поэтому в данной работе ставит ся задача построения аналитической модели, позволяющей изучать наиболее тяжелые аварийные режимы на выходе импульсных прерывателей с последующей их ликвидацией быстродействующей защитой без повреждения полупроводниковых приборов .

Преобразователи для транспорта потенциально являются наиболее крупным полигоном применения силовых полупроводниковых приборов. Реально же это положение распространяется в основном только на силовые диоды, использование которых на транспорте превышает половину от выпускаемых.

Одной из наиболее важных проблем, связанных с эксплуатацией силовых полупроводниковых приборов в преобразователях, работающих на высоких и повышенных частотах, остается снижение уровня коммутационных потерь при выключении. Поэтому исследования, нацеленные на решение этой задачи, где важное место занимает вопрос функционального назначения приборов в цепях преобразующих систем для электроподвижного состава постоянного тока, имеют большую значимость.

Во второй глава рассмотрены электромагнитные процессы в формирующей цепи с корректирующими звеньями (ФЦК); построена аналитическая модель ФЦК применительно к процессу'вьжлючения тиристоров; на основе разработанных вычислительных алгоритмов и формализованных таблиц получены ёбщие выражения оригиналов переходных характеристик ФЦК'с произвольным числом корректирующих звеньев; даны рекомендации по определению параметров ФЦК.

Для формирования коммутирующих импульсов тока трапецеидальной формы к основной формирующей 1цС1 цепи подключают последовательную цепочку4 параллельно соединенных Ь2Сг, ..., ЬщСт контуров (рис.3). При этом существенно уменьшается скорость нарастания прямого напряжения на тиристорах непосредственно после их запирания и увеличивается схемное время выключения, что повышает работоспособность силовых полупроводниковых приборов. В практических условиях на подвижном составе с импульсными преобразователями можно ограничиться двумя или даже одним корректирующим звеном.

Система линейных дифференциальных уравнений, характеризующая процесс коммутации главного тиристора ш-звенной ФЦК в операторной форме имеет вид:

г,--1 о о

1

-1 -У2

О 1

1 -1

о -Ут_1

О о

-1 Уга О -1

0 Гп Л "со

0 "2 0

0 к 0

0 ЙЗ = 0

1 "га 0

7 , 0 у

(1)

где Ugg - напряжение на конденсаторе Ci перед началом коммутации. .т. -,t.Oi .

m-число звеньев ФЦК, включая основное.

Тогда изображение коммутирующего импульса тока:

■

Qi(p)

Здесь

bmmP2» +b(m.1Xm-l)P2(m-1> + b(m.2)(m-2)P2(m*,)+-+bUp2 + Ьоо= Ql(P) <3) »(m-lKm-DP^0 + a(m-2)(m-2)P2<m2> allP2 + »00= <h(P).

характеристические полиномы числителя и знаменателя дробно-рациональной функции (2). Коэффициенты b(m-i)<m-1),.. .,Ьц и а1ш-2>1т-2>, .. ,,ац при операторе р представляют суммы сомножителей из произведений LC элементов, причем, число суммируемых сомножителей определено такими возможными сочетаниями, в которых L и С элементы расставлены строго по нарастающей в их индексации последовательности. Последнее распространяется на Ь,« и a<m-i)<m-i) коэффициенты с числом сочетаний, равным единице. Коэффициенты boo и аоо индуктивно-емкостных элементов не содержат, а' потому Ьоо-аоо=1.

Очевидно, что с' увеличением числа звеньев ФЦК, численный состав полиномиальных коэффициентов в каждом из полиномов будет быстро нарастать, и в этом случае становиться достаточно сложно определить как общее число коэффициентов в полиноме, так и численный состав сомножителей в каждом коэффициенте.

Для указанного типа электрических цепей были разработаны рекуррентные формы. Любой неизвестный коэффициент полинома 0г(р) вычисляется согласно треугольнику Паскаля путем суммирования двух стоящих над ним коэффициентов из таблицы (4).

а11 1

а12 а22 2 ■

а13 а23 а33 3

а14 а24 а 34 а44 4

а1т • • • ашш ш

где ац=а12=. • -Эш-Эгг =азз=.. ..аяи=,1 число звеньев

Любой неизвестный коэффициент полинома СЫр) можно вычислить как сумму трех коэффициентов, два из которых, стоят над искомым в таблице (5), а третий берется из." (т-1)-й строки рекуррентной таблицы (4), причем порядковый номер этого коэффициента на единицу меньше порядкового номера искомого коэффициента из строки т. Например, для коэффициента . Ь<т-з)а можно записать: Ь(т-

3)ю=Ь(п-1) (в-1)+Ь(ш-3) (т-1)+а(т-4) (т-1) .

Ь10 0

ь» ь21 1

Ь12 Ь22 Ь32 V2!

Ь13 Ь23 Ь33 Ь43 3

Ь14 Ь24 Ь34 Ь44 ь54 4

Ь1т • Ь(т+1)т т

где Ью=Ьп= =Ь1ш=Ь21=Ь32=. . • -ь т+1)т=1 число

звеньев

(5)

Общее число сомножителей в коэффициентах любого из характеристических полиномов Од. (р) и (Ыр) может быть найдено из выражений:

"гот , ,,

а1ш + а2т +а3т+-+а(т-1)т +атт = Еа = 2^т"и; : .с

Ь1т+Ь2т+Ьзт+-+Ьтт+Ь(т+1)т=2 £Ь +г{тЛ)

ь1(т-1)

Пример нахождения цифровых значений полиномиальных коэффициентов для заданного числа т-звеньев по разработанным формализованным таблицам подробно изложен в [9] .

Изображения напряжений на корректирующих звеньях в зависимости от их числа можно представить в виде:

и$(р) =----,

(7)

где 02(р) ~ характеристический полином, составленный только из узловых сомножителей, в которых отсутствуют первые индуктивный и емкостной элементы.

- Из (2) и (7) можно получить оригиналы переходных характеристик коммутирующего тока и напряжений на корректирующих звеньях:

П(0 = Ьо

Р1

т-1

1+ 1Н)ПВ2В(^)

2п

п=1

т

I

п=1

-Б1П

И(|)(0 =

« ®>М+ 2 ^С^ } Г—

I-1_»=!---005.-^-1

<И £ , Л»+1_Т , СГЧ2П+1 »ЬЛ

I (-»"^яАа.Ц/о,;

П=1

(8)

(9)

где А и В - нормированные коэффициенты , сомножители которых выражены через элементы ЪхСх основного звена; . в - номер переходной характеристики напряжения

произвольного корректирующего звена; а - корни характеристического уравнения; <3=1,2,3, ..., ш.

Поскольку реактивные ЬгСг, ..., 1®Ст':'эЛементы корректирующих звеньев выражены через соответствующие элементы Ь^! основного звена, то параметры последних должны вполне отвечать требованиям и 1 условиям работы полупроводниковых приборов в импульсных преобразующих устройствах.

С учетом этих требований расчет параметров 1цС: основного коммутирующего звена следует выполнять по выражениям:

где исо - напряжение на С1 перед началом коммутации; Кот - коэффициент коммутационной способности, принимаемый для однозвенных структур ~ . на уровне

I - амплитудное значение коммутируемого тока; Ц - паспортное время выключения прибора.

Как правило, вводимое паспортное время выключения tq, для традиционных ЬС контуров, учитывает и соответствующий коэффициент запаса Кк по обратному напряжению, прикладываемому к тиристору на интервале его выключения. Используя корректирующие звенья в составе основного, в выражениях (10) этот запас можно не учитывать .

В третьей глава разработана аналитическая модель многозвенного неоднородного ЬС-фильтра на входе импульсного преобразователя. Предложен наглядный цифровой алгоритм формирования изображений переходных характеристик; выявлены аналитические закономерности построения оригиналов пульсирующих функций токов и напряжений в реальных элементах фильтров для переходных и квазиустановившихся режимов.

На электровозах и электропоездах постоянного тока с импульсными преобразователями для уменьшения пульсаций токов в цепи источника питания применяют входные Г-образные однозвенные или многозвенные ЬС-фильтры. Эквивалентная схема системы, состоящая из источника постоянного напряжения - многозвенного неоднородного ЬС-фильтра и импульсного прерывателя приведена на рис.4. Принято, что внутреннее сопротивление источника постоянного напряжения и активные потери в ЬС контурах пренебрежимо малы, а ток через конденсатор, ближайший к импульсному прерывателю, имеет форму прямоугольных

(10)

««-1*5+2,0;

импульсов. В этом случае, форма генерируемых импульсов тока аппроксимируется тригонометрическим рядом, который в области изображений может быть представлен как:

Г = 1(р) = ^В«КХ) |Т-_1_+—4-)со/£-та1+ !

З^р-^Зоц р +]3«>|у' \2 ) 5чр-)5сй1 р + ]5б>1У 42 / у

(11)

На рис.5,а, при различных значениях коэффициента заполнения X, показаны прямоугольные импульсы с амплитудой тока нагрузки 1тах« Заштрихованные.участки площадей этих прямоугольников равны соответствующим заштрихованным площадям прямоугольников с амплитудой среднего тока I, которые в паузе пополняют расходуемый запас энергии конденсатора фильтра (рис.5,б). Здесь любое изменение' угла а связано с соответствующим изменением

коэффициента заполнения X соотношением: а = -у-яХ. Если

регулирование X осуществляется в пределах 0£Х£0,5, то амплитуда тока 1тах умножается на (X), как указано в (11). В случае регулирования X в пределах 0,5<Х£1, в формуле (11) множитель X заменяется на (1-Х). Тогда изображения токов и напряжений запишутся в виде:

' т-1 Ч

1+ I А2пр п=1

2п

1 + I А2пР'

Л п-1

2п

-Яр)

2щ

Г В2п-1Р2п"2

1 + А2„р-

2п

у

(12)

(13)

где А и В - полиномные коэффициенты, формирование которых подробно изложено в диссертации ив [12].

Соответствующие^.оригиналы .переходных характеристик (12) и (13) могут, быть представлены в виде:

»2п-1(0

ш

+ Е

4=1

Я

-17-

( ш-1

к 1 ¿1*

1+ I <-1)пк2пА2пс^

ч2п

п=1

1+ ЕНУк^Аа,«,2"

^ П=1

-эт ксо^ +

т-' „ / ,—\2п

1+ К-1)пА2п(^

П=1

( т-1 , _\2riV

-1+ Е(-1)"А2л(Д :

1+ Е (-1)пА2п(^)2П-1((2п+1)^"+к2пш1) п=1

\2n-l/

ап^сс^

, (14)

т + 1

<■ Т

к 1

к=1к

ш

I

п = 1

1(_1)„+1к2пВ2п_1Ю2п-2

1+ 1(-1)Пк2пА2пй>?п

-кЮ] созкШ]1 +

п=1

I Н)п+1в2п_,(^")

П = 1 _

2п-2

1+ I (-\)°А2п(^) ((2ш-1)^"-к2п(0,)

п=1

-(еН)"1 В^,^)2"-2

П=1

1+ £ (~\)пА2п(^)1П~\(2п+1)^~ + к2пщ) 11=1

, (15)

Используя полученные аналитические выражения, рассчитаем переходные характеристики импульсной системы, состоящей из неоднородной цепной схемы с числом звеньев ш=2, ее параметрами 1,1=10-10~? Гн, Сг=1500-10"6 Ф, Ьз=5-10"3 Гн, С4=500-10"6 Ф, а также генератора прямоугольных импульсов тока 1юах=500 А, Г = ^- = 1600Гц ,

2я

>,=0,5 , аппроксимированных тригонометрическим рядом.

V

+

Не-

ограниченным тремя нечетными гармониками к=1,3,5. Соответствующие переходные характеристики на начальной стадии функционирования системы представлены на рис.6, а и б.

Следует отметить, что разработанная аналитическая модель прошла проверку на адекватность численными методами, причем расхождение в полученных результатах не превысило 5%. Однако, описание рассматриваемых процессов численными методами сопряжено с большими затратами времени. Так, например, расчет квазиустановившегося режима с плавающим шагом до 1-1СГ6с на РегЛ1ит-75 с использованием пакета P-Spi.ce занимает шесть часов машинного времени. Используя полученные аналитические выражения, предварительно введенные в ЭВМ, расчет того же режима производится за десять секунд.

Таким образом, с помощью полученных аналитических выражений можно рассчитать как переходные, так и ква-зиустановившиеся процессы в многозвенных неоднородных структурах входных ЬС-фильтров импульсных систем при регулировании энергии в цепи нагрузки.

В четвертой глава построена аналитическая модель режимов короткого замыкания (КЗ) в мощных импульсных преобразующих системах; проанализированы особенности режима КЗ в системе импульсного преобразования энергии; разработаны принципы формирования изображений и оригиналов переходных функций цепных схем, замкнутых накоротко; даны оценки влияния параметров входного фильтра и ограничительных элементов на развитие процесса КЗ, а также работоспособности полупроводниковых приборов после ликвидации аварийного режима.

В эксплуатации преобразующих систем электроподвижного состава возможны аварийные режимы, когда через структуры полупроводниковых приборов протекает чрезмерно большой ток и температура перехода может превысить максимально допустимую.

На злектроподвижном составе постоянного тока, для защиты силовой цепи от токов КЗ используют автоматические быстродействующие.выключатели с собственным временем выключения (1,5-3,0)-10"3с. При срыве коммутации импульсного прерывателя скорость нарастания тока через структуру прибора ограничена индуктивностями сглаживающего реактора и самой нагрузки. Поэтому, аварийный ток по тиристорно-диодному модулю, на момент отключения защиты не будет существенно отличаться от тока уставки, величина которой в несколько раз ниже допусти-

мого ударного тока. При замыкании на землю любого ти-ристорно-диодного модуля происходит разряд конденсатора фильтра, напряжение на обкладках которого составляет несколько киловольт. При этом ток КЗ за несколько десятков микросекунд может превысить допустимое значение ударного тока полупроводниковых приборов, а скорость нарастания тока может превзойти критическое значение. В таких условиях защита отключается уже после выхода из строя полупроводниковых приборов.

В таких условиях важно, используя простые схемные решения, согласовать аварийные переходные процессы на входе и выходе таким образом,, чтобы приборы не выходили из строя до отключения защиты. С этой целью в контур цепи импульсного преобразователя вводится дополнительная индуктивность, ограничивающая скорость нарастания тока КЗ на выходе и обеспечивающая при этом колебательный перезаряд конденсатора фильтра, через ти-ристорно-диодный модуль. Ограничительная индуктивность включается последовательно с импульсным преобразователем и может принадлежать каждой фазе, либо быть общей для всех фаз. Такая индуктивность является составной частью сглаживающего реактора, выведенной за пределы контура нагрузки, создаваемого разгрузочным диодом.

Таким образом, при возникновении КЗ, через тири-сторно-диодный модуль, кроме нарастающего во времени аварийного тока на входе, потечет знакопеременный ток автономного колебательного контура на выходе. При перезаряде конденсатора фильтра возможна искусственная коммутация тиристорно-диодного модуля еще до срабатывания основной защиты. Однако, параметры системы должны быть подобраны таким образом, чтобы к моменту отключения защиты не произошло разрушения структуры приборов в том случае, если конденсаторная коммутация по какой-либо причине не осуществится.

Эквивалентная схема замещения многофазной импульсной системы при КЗ одной из фаз на землю представлена на рис.7. Приняты следующие допущения:

- активные потери в ЬС-контурах из-за их малости в расчет не принимаются;

- полупроводниковые приборы в открытом состоянии обладают пренебрежимо малым импедансом;

- начальные напряжения и токи на момент возникновения аварийного режима вводятся без учета пульсаций;

- развитие аварийного процесса протекает при отсутствии сигналов управления на тиристорах.

-20" Операторная форма переходной характеристики аварийного тока короткого замыкания на выходе:

Т I '' ^ Е|(В2пр24 +В^-2Р2п-'2+...+В4ИВ2Р2 + 1) , 1о (1б)

*2п+1 '2а+НР) 2ТТ-2п Г ' 2п-2 .-"'2 ' ".- 'л +Т '

Р (А2п+1Р +А2п-1Р ;+...+АЗР; + АД) Р ..

Соответственно переходная характеристика аварийного тока короткого замыкания на входе:

I 1(р) = —------(17)

Р2(А2„+1Р2п+А2П-1Р2п"2+-+А3Р2+А1) Р

Изображения функций токов 12п-1 (р) < 1гп-

з(р),...,1з(р) в индуктивностях Ь2п-1, Ь2п-зг -.., Ьз соответственно примут вид:

■•■■ ( . ■гЕ1(В2п_2Р2п-2+В2п.4р2п-4+...+В4Р4'-ьВ2Р2+1) 1 1р .

. 2п-1 Р2(А2„+1Р2п+А2п.1Р2п-2+...+АЗР2+А0 " Р '

Г (р) Е1(В2п-4Р2П"4+В2п_6р2"-б+...+В4р4 +В2Р?+1) Г10 . (18)

2п_3 ; Р2(А2п+1Р2п +А2П.1Р2П~2+-+АзР2+А1) Р '

•Ь(р)„ ' е1(В2ря+1) , то

3 'р2(А2п+1Р2П±А2П^Р2П"2+-+АЗР2 + А1) р' ;ч.

В выражениях (16-18) полиномиальные коэффициенты легко могут \быть: сформированы согласно, разработанным:, цифровым алгоритмам для коэффициентов А и В.

Переходные характеристики напряжений на конденсаторах С2, С«,С2п-г,Сгп входного фильтра при КЗ на выходе импульсного прерывателя могут быть описаны общим выражением: .,' _. ,■

Т7 -II Гп1 -- Е»(В2п>1Р2" +В2п_1Р2п-2-Н...+ВзР2Н-В1)

РСАа^Р20 +А2П-1Р211 2+...+АзР2+А1)

Представив функции (16-18), как произведения, состоящие из двух функций, получим:

11(р) = Ф1(р)Ф2(р)+Фо(р); Ь(р) = фз(р)ч>4(р)+(ро(р);

Ггп -1(Р)'-<Р2п-1<Р)Ф2п (р) + Фо(р); Ьп+КР) = Ф2П+1(Р)Ф2П-.2(Р) + Ф0(Р)-

Тогда фх (Ь) =<рз (1:) =... =ф2Н-'1'( С) =Фгп+"1 ) =Е1; фо(<:) =1о* а для фг (О+ф 2п+г С^) в тригонометрических функциях в общем виде будем иметь:

1 т

Ф2,4,...,2п+2(0 = Т-+ I А1 Ч=1

т / _>2п

1+1(-1)ПВ2п

П=1 _

т, Л ¡ 7 .— е(-1)пйа2п+1у^) 4=1

2п тЧа ч*

(21)

Согласно теореме свертывания, после интегрирования получим:

М,3,...,2п+1(0 = Е1

. т

А1 4=1

1+ К-1)пв2п(^

п=1

2п

к-1)ппа2п+1(^" \п=1

2п

-Бт./а-Л

+ 10. (22)

у/

Оригиналы переходных1 характеристик напряжений: ( „ ; . Л

«2,4,...,2п(0 = Е1

2а

и в1+ ем)пв2п+1(^;) -Р-+1 —^-

Е(-1)ппА2п+1(/ач

П--1 - <-■...■ ■

-со5,/апч

(23)

где

«1 = си2(0; В) = 11.2„ и <= и4(1);

п=1 п=2

Г Ш

= гХ^2п+1 с иб(0"> •••; В, =Ь2п+1 С112п(0-■ п=3

А1

и= 1

Оценить интенсивность нарастания тока КЗ на входе и выходе системы можно с помощью упрощенных выражений, не содержащих тригонометрических функций:

11= —

Е

¿1 + Ё1-2п+1 п=1

12п+1 ~Е1

I,

г

с2а , _

Г'2в+1 Ц + £Ь2п+1

П=1

+10.

(24)

(25)

Располагая зависимостями ударных токов для предполагаемого типа приборов, можно оценить величину ограничительной индуктивности:

1*211+1 ~

(26)

п=1

На рис.8 приведены расчетные характеристики короткого замыкания на выходе импульсного прерывателя. Защита осуществляется с помощью быстродействующего выключателя ' БВП-5, настроенного на ток - уставки 1у-2500 А. В этом случае, процесс КЗ будет ограничен временным интервалом порядка 15-1СГ3С.

На этом же рисунке нанесены зависимости амплитуд ударных токов для тиристоров типа 1153-800, Т453-800 и Т253-1000. При температуре перехода (структуры) прибора т5п=125°с и при отсутствии обратного напряжения

и*=о.

Из рис.8 видно, что для приборов типа Т153-800 или Т453-800 с указанными параметрами входного фильтра и ограничительной индуктивности, ток КЗ 1э((:) превысит допустимую амплитуду ударного тока 1ТЗм.

ПриОоры с максимально допустимым средним током 1ТАУ=°1000 А сохранят работоспособность после отключения аварийного режима.

В пятой глава проведены исследования мощных высоковольтных полупроводниковых приборов повышенного быстродействия для тягового электропривода постоянного тока. Экспериментально подтверждено, что потери в полупроводниковых приборах на интервале обратного восстановления зависят от величины заряда и обратного напряжения. Рекомендованы границы пределов заряда обратного восстановления, позволяющие снизить суммарные потери для полупроводниковых приборов различного функционального назначения, применяемых на подвижном составе .

В системах тягового электропривода постоянного тока на полупроводниковые приборы периодически воздействуют импульсы напряжения и тока большой мощности с крутыми фронтами при повышенной частоте. В этих условиях коммутационные потери могут превышать прямые. Статистика показывает, что на электровозах с одинаковыми электродвигателями и механической частью, полупроводниковые приборы в приводах с импульсными преобразователями отказывают в 2,5 раза чаще, чем в преобразователях с естественной коммутацией. В большинстве случаев выходят из строя полупроводниковые приборы, имеющие значительные заряды обратного восстановления. С другой стороны, быстродействующие тиристоры или бы-стровосстанавливающиеся диоды имеют более высокую стоимость и Солее низкий класс по сравнению с низкочастотными приборами.

В этих условиях возникла необходимость освоения производства мощных высоковольтных приборов с повышенным быстродействием для преобразовательных установок электровозов и электропоездов. В связи с этим автором по заказу АО "Электровыпрямитель" были проведены исследования работоспособности партии высоковольтных лавинных диодов на базе серийных ДЛ153-1250-32 в преобразователях напряжения для электроподвижного состава постоянного тока.

Диоды этой серии из опытной партии (30 шт.) после предварительного электронного облучения на установке БОИС-8 различными дозами имели накопленные заряды восстановления в пределах от 500 до 3000 мкКл.

На первом этапе исследования приборы подвергались воздействию постоянного прямого тока силой до 300 А. На втором - воздействию импульсного тока сб. средним

значением* 100 А, и . фиксированной^,частотой 330 Гц. Анализ проведенных испытаний позволил разделить, эти приборы на три группы. В первую группу вошли диоды, облученные малыми (.дд^ами«. • ,.-накош1внн$4й,; кот^длс составлял 2гг^2000*10г6 -;кл.: -Во вторую,; ГрудпуГ'- " диоды, Облученные средними дозами-..: .с зарядом <2ГГ=( 700+1100 )-10'6 Кп. Диоды,- получившие максимальные дозы облучения й' вошедшие в тре®6й'; группу, обладали наименьшим накопленным зарядом 0х£=(500т'б50)-10~6 Кл.

Результаты испЬтайий для тиристоров с различным зарядом обратного восстановления приведены :.в табл. 1.

Таблица 1

Огг

Режим (10"6Кл) 2000*3000 700*1100 500*650

Постоянный прямой , . .- - г • ■

ток 1Гду=280- А РИВт) 240 285 415

Импульсный режим - Рх .125 40 30

со "средним током. Р2 135 25 35

Хгау(Я)"Ю0 А 75 85 100

(без дросселя на- £Р ' 335 150 . ... 165

сыщения) иг+и2 580 650 .780

Импульсный режим Р'1 40 -

со средним током ■■■ 1 Рг 50 20 35

1рду.(и)=Ю0 А Рг») 70 75 : 95

(с дросселем'насы- 160 95 ; 130

щения ) и!+и2 400 240 235

Здесь ,Р.Г - мощность, потерь при протекании через прибор постоянного .'тока соответствующей амплитуды

■ ~ТХ/г ,

ЕЧ -мощность потерь в импульсном режиме на интервале спада обратного тока; Рг ;- мощность потерьимпульсном режиме на интервале убывания остаточного заряда за счет , рекомбинации;. Рем - мощность потерь в импульсном режиме при протекании через прибор прямого тока со . . средним значением 1ГАу<ш=100 А (интервал

., :г. открытого состояния диода);

ЕР - суммарная мощность потерь в импульсном режиме-. , Из приведенных в табл.1 данных следует, что в диодах первой группы в импульсном режиме коммутационные потери мощности (Р1+Р2) превысили мощность потерь

при протекании через прибор,,,постоянного тока силой 1гау=280 А. С уменьшением накопленного заряда восстановления увеличиваются потери при.-протекании через "ти- ; ристор постоянного тока, однако, значительно (в четыре раза) уменьшается мощность потерь коммутационных.' В результате чего, суммарная мощность потерь в импульсном режиме диодов второй группы снижена в два раза относительно диодов первой группы. .Подключение дросселя насыщения последовательно с полупроводниковым прибором дополнительно снижает суммарные потери мощности в импульсном режиме и снимает пики обратных напряжений, вызванные спадом обратного тока при восстановлении.

В зависимости от величины заряда обратного восстановления в диссертационной работе даются рекомендации по функциональному применению диодов, в цепях импульсных преобразователей электроподвижного состава.

Результаты исследований;-1 использованы АО "Электровыпрямитель" при освоении новой серии быстро-восстанавливающихся диодов с-.."мягкой" характеристикой восстановления ДЧ443 и ДЧ45-3 для применения в цепях инверторов и импульсных прерывателей. Планируемый срок освоения указанного типадиодов, согласно "Программе освоения производства силовых "полупроводниковых приборов для преобразователей электроподвижного состава нового поколения" - 1998; г

Испытания диодов ДЛ153-1250-32 повышенного быстродействия из второй и третьей групп в цепях импульсного преобразователя,1 смонтированного на экспериментальном электропоезде серии ЭР2-867 постоянного тока в моторвагонном депо ТЧ20- ..подтвердили возможность их эксплуатации в мощных тяговых.преобразовательных установках электровозов и электропоездов.

В локомотивном депо ТЧ7 Ленинград-Сортировочный-. Московский Октябрьской ж.д. Из диодов.первой группы на типовых охладителях смонтированы силовые, модули, установленные на каждой секции двух грузовых электровозов ВЛ11--311 и ВЛ11--417 в качестве рекуперативных, с принудительным охлаждением; :3а:.>рремя длительной эксплуатации электровозов в рекуперативном режиме, начиная , с 1995 года, ни один из приборов не вышел, из строя до настоящего времени.

В шестой главе приводятся результаты;экспериментальной проверки рекомендаций по применению многозвенных реактивных структур в преобразующих устройствах лабораторных установок и на электрическом подвижном составе.

Испытания двухзвенного входного фильтра проводились в лаборатории "Электрическая тяга" ПГУПС. Лабораторная установка содержала источник питания постоянного тока напряжением 500 В, импульсный преобразователь, тяговый электродвигатель ДК255 мощностью 40 кВт и номинальным напряжением 275 В, маховик, имитирующий массу трамвайного вагона 9,6 т, приходящуюся на одну тележку.

Сравнение экспериментальных (числитель) и расчетных (знаменатель) данных приведено в табл.2.

Таблица 2

Миним. Макс. К-т Расхожде-

Параметры Пока- значе- значе- пуль- ние к-та

фильтра затели ние ние сации пульсации

Первое 1.1-1,6 тГн А 50,75 50,47 49,25 49,53 1,5 0,96 0,54%

звено С2=90О мкФ иг В 202,5 201,7 197,5 198,3 1,25 0,85 0,4%

Второе 10=3,0 тГн 1з А 53,9 52,5 46,1 47,5 7,8 5,0 2,8%

звено С4=1800 мкФ и, В 219 212 181 188 9,5 6,0 3,5%

Йз табл.2, видно, что для квазиустановившегося режима разница между экспериментальными и расчетными значениями коэффициента пульсации не превышает 3,5%.

Экспериментальная проверка эффективности применения корректирующего звена в контуре коммутации импульсного преобразователя проводилась на экспериментальном кольце ВНИИЖТ во время испытаний опытной мо-торвагонной секции ЭР22-02, оборудованной импульсным регулятором напряжения тяговых двигателей (условное обозначение ЭР2И).

Контур коммутации импульсного регулятора, состоящий из реактора с индуктивностью 280 мкГн и конденсатора емкостью 12 мкФ, не мог обеспечить надежной работы полупроводниковых приборов, которые в процессе испытаний моторвагонной секции неоднократно выходили из строя. По предложению автора, формирующая цепь была дополнена корректирующим звеном, состоящим из параллельно соединенных индуктивности 196 мкГн, и емкости 6 мкФ.

Экспериментальные данные, характеризующие влияние корректирующего звена на работу контура коммутации приведены в табл.3. ,,

Таблица 3

Параметры Формирующая цепь Изменения

без корректирующего звена с корректирующим звеном

Амплитуда тока главного тиристора 400 А 400 А -

Амплитуда коммутирукяце -го импульса тока 920 А 580 А -40%

Схемное время выключения 145 мкс 195 мкс +25%

Средняя скорость нарастания тока 15 А/мкс 10 А/мкс -30%

Общая масса реактивных элементов формирующей цепи 48 кг 64 кг + 16 кг

Из табл.3 видно, что добавление корректирующего звена массой 16 кг позволило снизить амплитуду коммутирующего импульса тока на 40%, увеличить схемное время выключения на 25% и уменьшить скорость нарастания тока при включении полупроводниковых приборов на 30%. После добавления корректирующего звена выход из строя полупроводниковых приборов прекратился.

Сравнение осциллограммы коммутирующего импульса тока с расчетом по выражению (В) приведено на рис9. Расхождение между результатами эксперимента и расчета составляет для амплитуды импульса 15%, средней скорости нарастания тока 9%, а схемного времени выключения - 5%.

Результаты выполненных исследований использованы РАО "Высокоскоростные магистрали" при проектировании экспериментального вагона электропоезда ЭР2-220302, оборудованного асинхронными тяговыми двигателями, автономным инвертором тока и импульсным регулятором и

Структурная блок-схема коллекторного тягового электропривода постоянного тока

Постоянный ток

Импульсный прерыватель

(ИП)

н а г Р У з к а

Рис.1

Постоянный ток

Структурная блок-схема бесколлекгорного тягового электропривода постоянного тока

Импульсный АИН

прерыватель 4 ' (д^у)

Входной ЬС-фильтр

н а г Р У з к а

(о! > Схема замещения формирующей цепи с корректирующими звеньями

Схема замещения импульсной преобразующей системы

___!

—ЕШЬ

^2п-1

~~^ 1

1йь1

Ц 4

.¡..¡-•■л

Рис.4

Упрощенные диаграммы токов:

- импульсного прерывателя (а)

- ближайшего к прерывателю конденсатора входного фильтра (б)

а)

Ы),1

Я 2Я

I

Ы),25 »-Р

1

я 2я

Я=0,5

71 2я Зл

Х=0,75

Я 2Я ЗЯ

б)

а=0,4я

- Зя 71_а 2 2тг

?

9

а=0,25т1 Зя

г г%

-я-

2

а=0

Я 2л Зя

1 Г

Ь=0,9

Я 271 371

1 ^

Зя 2

! 31

2Л Зя 2

; а=-0,4л

2д

2,

? Я

2л 5Я Зя 2

а=|-тй

Переходные пульсирующие функции тока в индуктивности* и напряжения на конденсатора* ег,СА двузвенного входного фильтра

-32; Эквивалентная схема замещения -

Процесс короткого замыкания через тиристорно-диодный модуль на выходе ИП

Осциллограмма коммутирующего импульса тока

600 400 200 0

- Эксперимент

---- Расчес

Рис.9.

проходящего испытания в моторвагонном депо ТЧ15 Октябрьской железной дороги.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам диссертационной работы можно сделать следующие выводы.

1. Формирующая цепь с корректирующими звеньями позволяет сформировать импульс тока трапецеидальной формы для коммутации тиристоров и увеличить запас по схемному времени выключения. Разработанные алгоритмы и рекуррентные формы позволяют рассчитать переходные характеристики коммутирующего тока и напряжений на любом из корректирующих звеньев.при произвольном их числе.

2. Предложен системный подход к решению задач из теории цепных схем на примере Г-образного многозвенного ЬС-фильтра с неоднородными звеньями* Разработан простой и наглядный алгоритм формирования изображений характеристических многочленов неоднородных цепных схем, предупреждающий ошибки на этой стадии. Оригиналы токов и напряжений представлены в общем виде, что позволяет не составляя и не решая сложных дифференциальных уравнений сразу приступить к формированию переходных характеристик.

3. Проанализированы особенности режима короткого замыкания на выходе импульсного прерывателя мощных преобразующих систем тягового электропривода постоянного тока. Определены индуктивные параметры реактора, позволяющего обеспечить ограничение амплитуды тока короткого замыкания до допустимых значений ударных токов и сохранить работоспособность полупроводниковых приборов после отключения быстродействующей защиты. Получены аналитические выражения, устанавливающие связь между параметрами входного фильтра и ограничительного реактора с учетом допустимых величин ударных токов.

4. Электронное облучение структур полупроводниковых приборов позволяет уменьшить накопленный заряд восстановления приблизительно в три раза, что приводит к увеличению прямых потерь на 30-40 % и снижению коммутационных потерь в 4-5 раз. Рекомендованы границы пределов заряда обратного восстановления, позволяющие снизить суммарные потери для полупроводниковых приборов различного функционального назначения, применяемых на электрическом подвижном составе.

5. Результаты проведенных испытаний экспериментальной партии диодов на базе серийных ДЛ153-1250-32, предварительно облученных на установке БОИС-8, использованы АО "Электровыпрямитель" при разработке новой серии приборов типа ДЧ443, ДЧ453, ориентированных на применение в цепях импульсных прерывателей и инверторов злектроподвижного состава постоянного тока.

6. Эксперименты подтвердили корректность принятых в разработанной аналитической модели допущений и возможность использования предложенных методик. Разница между экспериментальными и расчетными коэффициентами пульсаций токов и напряжений для квазиустановившихся режимов работы двухзвенного входного фильтра не превышает 4 %.

7. Испытания, проведенные совместно с ВНИИЖТ на экспериментальном электропоезде ЭР22-02 с импульсным регулированием напряжения показали, что импульс тока в контуре коммутации с корректирующим звеном имеет достаточно хорошую сходимость с расчетным. Расхождения в амплитудных значениях импульсов тока не превысили 15 %, а по схемному времени выключения - 5 %.

Содержание диссертации наложено в следующих основных работах:

1. Левитский Б.Ю., Некрасов В.И., Гилевич О.И., Корнев A.C. и др. Влияние магнитной связи сглаживающих дросселей на пульсации токов при многофазном регулировании. Электротехника. 1977 № 12. с.21-24.

2. Некрасов В.И., Корнев A.C. Передаточные функции узлов коммутации с распределенными параметрами. Электричество. 1981 № 4. с.72-74.

3. Левитский Б.Ю., Мазнев A.C., Корнев A.C. Определение перенапряжений в многозвенных коммутирующих узлах тиристорных преобразователей энергии. Электричество. 1981 №7. с.51-53.-

4. Корнев A.C., Левитский Б.Ю., Мазнев A.C. и др. Улучшение условий работы тиристоров в преобразователях с дросселем насыщения кабельного типа. Электротехника. 1986, № 2. С.23-25.

5. Боголюбов Ю.С., Корнев A.C., Попов В.П., Савенков Ю.П. Тиристорный электропривод самоходной электростанции. Совершенствование процессов добычи и транспорта торфа с учетом круглогодичной поставки по-

требителям. Сборник научных1 трудов. Вып. 58. Л. 1987. С.130-136.

6. Корнев A.C., Боголюбов Ю.С. Методика р4счета" параметров формирующих длинных линий в тиристорных преобразователях постоянного тока. Электротехника.

1988, № 10. С.61-64.

7. Плакс A.B., Янов В.П., Боголюбов" Ю.С¿, Корнев A.C. и др. Применение импульсного регулирования напряжения на тяговых электродвигателях'электровозов постоянного тока. • ЭлектровозостроениеТ.30. Новочеркасск,

1989. С.82-88.'

8. Боголюбов Ю.С., Корнев A.C., Морозов В.В. и др. Контактно-аккумуляторный электровоз в условиях строящегося метрополитена./ Информационный научно-технический сборник. Л.: Метрострой. 1989, № 3. С.37-39.

9. Корнев A.C., Иванов H.A. Рекуррентные соотношения для расчетов формирующих цепей с корректирующими звеньями. Электричество. 1991, №12. С.73-76.

10. Белов С.А., Корнев А. С., Циклаури Ш.Е. Аварийное нарастание тока при коротком замыкании на выходе тиристорного преобразователя электровоза. Перспективные системы и совершенствование устройств электрической тяги на железнодорожном транспорте. Юбилейный межвузовский сборник научных трудов. СПб.: 1993, с. 7072.

11. Гейфман Е.М., Корнев A.C., Иванов H.A. и др. Высоковольтные диоды повышенного быстродействия в ти-ристорно-имцульсных преобразователях .электроподвижного состава постоянного тока. Электротехника. 1996, № 12. С. 11-13. )Ь ,

12. Кррнев A.C. Численно-аналитический метод расчета в неоднородных цепных схемах импульсных систем постоянного тока. Электричество. 1998, №б, с.64-70.

13. Plaks A.W., Janow W.P., Korniejew A.S., Bogoliúbow J.S., Lewitskij B.J., Tuskanow В.А. Efektywnosc zastosowania regulacji tyrystorowo-impulsowej w towarowych lokomotywach . elektrycznych pradu stalego», Trakcja i wagony. Miesiecznik Techniczno-gospodarczy PL ISSN. Rok XII. 1989 nr 4-5, s.85-87.

14. A.c.839004 СССР, Устройство, для-регулирования напряжения./ Мазнев. ч Н&крдсов, В. И., Корнев A.C., Лукин А.И.// Открытия.,;;Изобретения. 1981, № 22. ■■-■■■15. A.c.944037'<ЗССР. Устройство для регулирования

скорости вращения электродвигателя постоянного тока./

Мазнев A.C., Корнев A.C., Рогов А.Н., Суслова К.Н.// Открытия. Изобретения. 1982. № 26,

16. A.c.1171922 СССР. Устройство для регулирования постоянного напряжения на активно-индуктивной нагрузке./ Корнев А: С., Некрасов В.И.// Открытия. Изобретения. 1985, № 29.

17. А.с.128844 СССР. Устройство для регулирования напряжения./ ; Корнев A.C., Левитский Б.Ю., Боголюбов Ю.С. и др.// Открытия. Изобретения. 1987, № 5.

18. A.c.1483567 СССР. Устройство для регулирования постоянного напряжения./ Корнев A.C., Боголюбов Ю.С., Левитский Б.Ю. и др.// Открытия. Изобретения. 1989, № 20. - :

19. А.с.1533905 СССР. Устройство для регулирования скорости элёктроподвижного состава./ Корнев A.C., Боголюбов Ю.С., Левитский Б.Ю., Циклаури Ш.Е.// Открытия. Изобретения. 1990. В 1.

20. Корнев A.C., Левитский В.Ю., Некрасов В.И.' Исследование электромагнитных процессов в узлах комму- : тации с распределенными по цепям параметрами. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам преобразовательной техники. 4.4. Киев. 1979. С. 27-30.

''- 21. Корнев A.C., Левитский Б.Ю., Некрасов В.И. Методика расчета параметров распределенных формирующих цепей коммутирующих узлов на стадии их проектирования. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам преобразовательной техники. 4.4. Киев. 1983. С.93-95. : '

22. Корнев A.C., Левитский Б.Ю., Некрасой---'В. И. Способ снижения скорости нарастания прямого напряжения на тиристорах преобразователя. Современные "¡проблемы энергетики. Тезисы докладов научно-технической конференции. Преобразование; стабилизация параметров и транспорт электроэнергии. Киев. 1985. С.19-20.

23. Плакс A.B.Янов В.П., Корнеп А.С., Боголюбов Ю.С., Тушканов Б.А.' Эффективность применения:тиристорно-импульсного регулирования на грузовых электровозах постоянного тока. VI Всесоюзная нау^но-Ф'ехи'йчейкая конференция. Состояние и перспективы развития электровозостроения в стране. Тезисы докладов. Тбилиси. 1987, с.11-13. ' . :

24. Боголюбов Ю.С., Корнев A.C. , Левитский Б.Ю. Тиристорный многодвигательный электропривод постоянного тока. IV Всесоюзная научно-тёхническая конференция. Проблемы преобразовательной техники. Тезисы докладов. 4.1. Киев. 1987. С.21-23. ■-

25. Корнев A.C., Левитский Б.Ю., Боголюбов Ю.С. Чудаков А.И. Исследование электромагнитных процессов в узлах коммутации тиристорных прерывателей с корректирующими звеньями формирующей цепи. Тезисы докладов IV Всесоюзной научно-технической конференции. Проблемы преобразовательной техники. 4.1. Киев. 1987. С.109-111.

26. Архипов К.А., Боголюбов Ю.С., Корнев A.C. Ти-ристорный преобразователь контактно-аккумуляторного шахтного электровоза. Тезисы докладов конференции: Энергетическая электроника на транспорте. Севастополь. 1990. С.7-9.

27. Боголюбов Ю.С., Корнев A.C., Архипов К.А. Шахтный электровоз для строящегося метрополитена. / Тезисы докладов всесоюзной научно-технической конференции.// Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения промышленности и транспорта. Днепропетровск. 1990. С.292-293.

28. Корнев A.C., Белов С.А. Математическое моделирование входного фильтра для электроподвижного состава постоянного тока с импульсным регулированием. Тезисы докладов конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Члена корр. АН СССР А.Е.Алексеева. Перспективные' системы и совершенствование устройств электрической тяги на железнодорожном транспорте и электромашиностроении. JI. 1991. С.60-61.

29. Корнев A.C., Белов С.А. Рекуррентные соотношения при математическом моделировании неустановившихся процессов в системе входной фильтр - тиристорный прерыватель. Тезисы докладов V Всесоюзной научно-технической конференции. Проблемы преобразовательной техники. Киев. 1991.

30. Гейфман Е.М., Корнев A.C., Боголюбов, Ю.С. и др. Высоковольтные мощные диоды с повышенным быстродействием. Полупроводники в энергетике."'Тезисы докладов международной научной конференции. Рига. 1991, с.105-106.

31. Корнев A.C., Иванов H.A., Иващенко В.О. Аналитическое моделирование режима короткого замыкания в мощных импульсных системах электропривода постоянного тока. Труды 3-й междунардной научно-технической конференции по нетрадиционным электромеханическим системам. Алушта. 1997, №1, с.31-33.

32. Корнев A.C. Принципы формирования, пульсирующих ,характеристик неоднородными LC-фильтрами , для ква-зйустановившихся режимов импульсных систем.постоянного

тока. Тезисы докладов VI Международной научно-технической конференции. "Проблемы повышения технического уровня энергетических систем и электрооборудования кораблей, плавучих сооружений и транспортных средств". СПб. 1998, с.66-67.

В приведенном списке опубликованных работ конкретное личное участие автора заключалось в следующем:

[2 - 5] - теоретическое обоснование, разработка рекуррентных форм и алгоритмов расчета электромагнитных процессов и параметров многозвенных реактивных структур;

[9, 12] - обоснование численно-аналитических методик расчета переходных характеристик многозвенных преобразующих устройств;

[I] - разработка методики расчета и постановка эксперимента;

[7, 13] - разработаны схемные решения и алгоритм работы аппаратуры;

[II] - разработка методики эксперимента, его постановка и обобщение результатов, сформулированы рекомендации функционального назначения полупроводниковых приборов в зависимости от заряда обратного восстановления;

[14 - 19] - предложены основные схемо-технические решения.

А--

Подписано к печати 30.10.99г. Усл.печ.л. 2,4 Печать офсетная. Бумага для множит.апп. Формат 60x84 1/16 Тираж 100 экз. Заказ 3%о,

Тип. ПГУПС 190031. С-Петэрбург, Московский пр.,9

ВВЕДЕНИЕ .б

1. РЕАКТИВНЫЕ СТРУКТУРЫ ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕРЫВАТЕЛЕЙ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЭЛЕКТРОВОЗОВ И

ЭЛЕКТРОПОЕЗДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1.1. Системы импульсного преобразования энергии электровозов и электропоездов постоянного тока

1.2. Формирующие цепи тиристорно-импульсных прерывателей постоянного тока

1.3. Сглаживающие входные ЬС-фильтры электроподвижного состава с импульсным регулированием напряжения

1.4. Аварийные режимы и ограничительные реактивные элементы в высоковольтных преобразователях напряжения и частоты

1.5. Силовая электроника в современном высоковольтном электроприводе

1.6. Постановка задачи

2. АНАЛИЗ И РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ФОРМИРУЮЩИХ ЦЕПЯХ С КОРРЕКТИРУЮЩИМИ ЗВЕНЬЯМИ ИМПУЛЬСНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА ПОСТОЯННОГО ТОКА

2.1. Электромагнитные процессы в формирующей цепи с корректирующими звеньями

2.2. Аналитическая модель формирующей цепи с корректирующими звеньями

2.3. Формализованные таблицы и алгоритмы характеристических полиномов дробнорациональных функций формирующих цепей с стр. корректирующими звеньями

2.4. Принципы формирования переходных характеристик электрических цепей с корректирующими звеньями

2.5. Определение параметров формирующих цепей с корректирующими звеньями применительно к процессу выключения тиристоров

3. ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПУЛЬСИРУЮЩИХ ФУНКЦИЙ НЕОДНОРОДНЫМИ ЬС-ФИЛЬТРАМИ ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕОБРАЗУЮЩИХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА ПОСТОЯННОГО ТОКА.

3.1. Состояние вопроса и постановка задачи

3.2. Аналитическая модель формирования переходных пульсирующих функций неоднородными ЪС-фильтрами

3.3. Цифровые алгоритмы формирования коэффициентов дробно-рациональных функций переходных характеристик

3.4. Аналитические закономерности формирования оригиналов переходных пульсирующих характеристик

3.5. Формирование переходных пульсирующих функций при регулировании энергии в нагрузке

3.6. Аналитический расчет переходных пульсирующих функций и квазиустановившихся режимов в многозвенных неоднородных ЪС-фильтрах

4. АНАЛИТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ КОРОТ- стр. КОГО ЗАМЫКАНИЯ В МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ПРЕРЫВАТЕЛЯХ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА ПОСТОЯННОГО ТОКА

4.1. Особенности режима короткого замыкания в системах импульсного преобразования энергии

4.2. Формирование изображений переходных характеристик при коротких замыканиях в импульсных системах

4.3. Принципы формирования временных переходных функций цепных схем замкнутых накоротко

4.4. Влияние параметров входного ЬС-фильтра и ограничительных элементов на развитие процесса короткого замыкания

4.5. Оценка работоспособности полупроводниковых приборов по перегрузочным расчетным характеристикам аварийных режимов

5. ИССЛЕДОВАНИЕ МОЩНЫХ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ ПОВЫШЕННОГО БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА

5.1. Потери в полупроводниковых приборах импульсных преобразователей электроподвижного состава

5.2. Исследование высоковольтных диодов серии ДЛ153-1250-32 в цепях импульсных прерывателей постоянного тока

5.3. Оценка работоспособности диодов ДЛ153-1250-32 (физическая модель 3 кВ)

- 5 б. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ПРАКТИЧЕСКИХ РЕ- стр. КОМЕНДАЦИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ МНОГОЗВЕННЫХ РЕАКТИВНЫХ СТРУКТУР В ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

6.1. Экспериментальное исследование работы двухзвенного входного фильтра тягового электропривода с импульсным регулированием

6.2. Проверка аналитических методов расчета характеристик формирующей цепи с корректирующими звеньями по результатам эксперимента

6.3. Повышение коммутационной способности импульсного преобразователя экспериментальной моторвагонной секции электропоездов ЭР2Р

Электрификация железных дорог является одним из самых реальных путей экономии топливно-энергетических ресурсов.

Протяженность железных дорог Российской Федерации составляет 87,4 тыс. км., из которых электрифицировано 39,3 тыс. км., причем, около 50% на постоянном токе. Электрифицированными линиями выполняется более 60% грузовых перевозок железнодорожного транспорта. По сравнению с тепловозами электровозы имеют среднесуточную производительность на 22% выше, среднеучастковую скорость - на 19%, среднюю массу поезда - 13%, среднесуточный пробег - на 18%, среднее время полезного использования локомотива - на 14%. При этом трудоемкость деповских ремонтов у электровозов составляет 47%, себестоимость грузовых и пассажирских перевозок - 67%, расход энергоресурсов на единицу полезной работы -68%, расходы на содержание локомотивных бригад - 66% от тех же показателей по тепловозам [1].

Основными задачами в области электровозостроения, исходя из потребностей железнодорожного транспорта, остаются: расширение работ, направленных на снижение расхода электроэнергии на тягу; создание новых магистральных и промышленных электровозов с повышенными тяговыми свойствами и энергетическими характеристиками; переход на применение систем автоматического управления, работающих на базе микро-ЭВМ; завершение работ по подготовке производства электровозов с бесколлекторными тяговыми двигателями.

В последние годы электрификация новых участков проводится, как правило, на переменном токе нормальной частоты, но в ближайшей перспективе постоянный ток на ранее электрифицированных направлениях сохранится. В связи с этим, является актуальным создание современных электровозов и электропоездов постоянного тока с прогрессивными способами регулирования энергии на тяговых электродвигателях.

В настоящее время практически все отечественные электровозы и электропоезда с питанием от контактной сети постоянного тока напряжением 3 кВ оборудованы контакторно-резисторной системой регулирования напряжения на коллекторах тяговых двигателей, которая не имеет перспектив дальнейшего повышения единичной мощности и веса поездов [2-7]. Современные достижения в области силовых полупроводниковых преобразователей и автоматических устройств управления позволяют создать принципиально новые системы регулирования [2,3,5,812] .

Одним из наиболее перспективных направлений, позволяющих устранить ряд недостатков традиционной системы, является применение на электровозах и электропоездах постоянного тока импульсного регулирования напряжения, которое нашло достаточно широкое применение за рубежом [13-21].

Применение импульсного регулирования позволяет: плавно увеличивать подводимое к тяговым электродвигателям напряжение от 3-5% до номинального; обеспечить повышение тяговых свойств электроподвижного состава, благодаря использованию плавного бесступенчатого изменения скорости и тягового усилия с поосным или потележечным корректированием его величины в зависимости от режима нагрузки; снизить расход электроэнергии за счет сокращения ее потерь при пуске и последующем разгоне; обеспечить работу тяговых электродвигателей при номинальном значении напряжения на коллекторе независимо от колебаний напряжения в контактной сети; реализовать рекуперативное торможение практически до полной остановки; исключить пережоги контактного провода при тро-гании тяжеловесных составов с боковых путей [2,7,2232] .

В целом энергетические преимущества, при сравнении систем реостатного и импульсного регулирования, в значительной степени зависят от того, какого рода перевозки осуществляются тем или иным типом электроподвижного состава. Проводимые теоретические расчеты показывают, что для универсальных электровозов импульсное регулирование по сравнению с реостатным имеет преимущества, однако, этот выигрыш ощутимо меньше, чем для маневровых электровозов. Так например, испытания маневровых электровозов с импульсным регулированием показали, что при маневрах экономится 20-25% энергии, а при надвиге состава на сортировочную горку - до 54%.

Системы с импульсным регулированием применяются не только на электроподвижном составе с коллекторными электродвигателями, но и бесколлекторными (асинхронными) двигателями, питающимися от тяговой сети постоянного тока.

Одной из проблем, связанных с применением импульсного регулирования для цепей электрической тяги на постоянном токе, является сглаживание пульсирующей составляющей тока, воздействие которой на контактную сеть оказывает негативное влияние на линии связи, на устройства сигнализации, автоблокировки и телеуправления, обеспечивающих безопасность движения. Поэтому на электроподвижном составе с импульсным управлением устанавливают индуктивно-емкостные входные фильтры, масса которых в однозвенном исполнении может достигать нескольких тонн. Применение многозвенных входных фильтров позволяет при тех же показателях коэффициента сглаживания снизить их массу.

Однако, методика расчета многозвенных фильтров из-за сложности процессов протекающих в звеньях, разработана недостаточно полно. Особенно это относится к фильтрам, звенья которых неоднородны. Для успешного использования на электроподвижном составе многозвенных фильтров необходимо совершенствовать известные и разрабатывать новые более эффективные методики их расчета, позволяющие с меньшими затратами времени исследовать и анализировать электромагнитные процессы в многозвенных структурах входных фильтров.

При импульсном регулировании для запирания тиристоров, как правило, используют колебательный ЬС -контур, формирующий коммутирующие импульсы тока. При традиционном решении эти импульсы имеют чрезмерно большую амплитуду и крутой фронт, что увеличивает потери в полупроводниковых приборах и требует введения в соответствующие цепи токоограничивающих элементов. Получить импульс тока заданной длительности с уменьшенной амплитудой и пологим фронтом можно, если основную формирующую цепь дополнить корректирующими звеньями. При этом коммутирующий импульс тока будет иметь трапецеидальную форму. Подобные цепи находят широкое применение в радиотехнике и системах связи в виде резонансных контуров, искусственных длинных линий, линий задержки и т.п., для которых вопросы анализа и синтеза достаточно широко раскрыты. Однако, применение формирующих цепей с корректирующими звеньями в цепях коммутации мощностей порядка 1 МВт при напряжении до 4 кВ, с выполнением технических условий на силовые полупроводниковые приборы, требует для подобного рода цепей разработки методики расчета с учетом специфики их работы применительно к процессу выключения таких полупроводниковых приборов.

При работе электроподвижного состава, оборудованного тяговыми полупроводниковыми преобразователями, не исключена вероятность возникновения аварийных режимов. Наиболее опасным является короткое замыкание на выходе импульсного преобразователя, подключенного через входной фильтр к контактной сети постоянного тока. В этом случае, через полупроводниковые приборы потечет ток разряда конденсатора фильтра, сила которого за десятки микросекунд может в несколько раз превысить значение ударных токов, что приведет к необратимым последствиям в полупроводниковых структурах. Поскольку, полупроводниковые приборы являются наиболее слабыми элементами при воздействии на них аварийных токов важно, чтобы с момента начала развития аварийного процесса и до момента его ликвидации, работоспособность приборов была сохранена. Поэтому, задача согласования реактивных параметров входного фильтра электроподвижного состава и ограничительных элементов с характеристиками по допустимым ударным токам на полупроводниковые приборы представляется важной и актуальной.

Условия работы полупроводниковых приборов в цепях импульсных преобразователей, питающих тяговые электродвигатели от контактной сети постоянного тока с напряжением 3 кВ таковы, что при повышенной частоте переключения (порядка 4 00 Гц) с приложением к приборам импульсов напряжения с крутыми фронтами вызывают в их структурах значительные коммутационные потери, уровень которых, в частности, зависит от величины накопленного заряда обратного восстановления. При протекании тока в прямом направлении падение напряжения на анод-катоде прибора также взаимосвязано с зарядом обратного восстановления, что накладывает определенные ограничения уже на уровень прямых потерь. Поэтому, в работе исследовано влияние заряда обратного восстановления на коммутационные и прямые потери. Даны рекомендации по функциональному предназначению полупроводниковых приборов в цепях импульсных преобразователей электроподвижного состава в зависимости от величины накопленного заряда.

Разработанные и представленные в данной диссертационной работе численно-аналитические модели по применению многозвенных реактивных структур в преобразователях электрического подвижного состава постоянного тока, проверены на экспериментальной маховичной установке мощностью 4 0 кВт, имитирующей массу трамвайного вагона, в лаборатории "Электрическая тяга" ПГУПС, на опытном электропоезде серии ЭР2-8 67 в моторвагонном депо ТЧ15 Октябрьской ж.д.; моторвагонной секции ЭР22-02 на экспериментальном кольце ВНИИЖТа.

Результаты проведенных экспериментов показали достаточную сходимость с расчетами, подтвердили кор

- 12 ректность допущений, принятых при разработках аналитических моделей, а также возможность применения предложенных методик расчета электромагнитных процессов и параметров элементов многозвенных реактивных структур при импульсном регулировании энергии на тяговых электродвигателях электровозов и электропоездов постоянного тока.

ВЫВОДЫ

1. Результаты эксперимента на физической модели тягового привода трамвая подтвердили корректность принятых в разработанной аналитической модели допущений и возможность использования предложенной методики расчета пульсирующих характеристик в неоднородных многозвенных ЬС-фильтрах при импульсном регулировании энергии .

2. Для квазиустановившихся режимов двухзвенного входного фильтра разница между экспериментальными и

- 263 расчетными коэффициентами пульсаций токов в индуктив-ностях и напряжений на конденсаторах не превышает 4%.

3. Экспериментальная проверка работы формирующих цепей с корректирующими звеньями, выполненная на лабораторном макете трамвайного вагона с импульсным регулятором напряжения мощностью 4 0 кВт, подтвердила достоверность предложенных теоретических разработок. Расхождение в параметрах коммутирующих импульсов тока, полученных в результате расчетов и экспериментов, не превысили 4,5%.

4. Эксперименты на электропоезде ЭР22-02 с импульсным регулированием при напряжении 3 кВ показали, что импульс тока в контуре коммутации с корректирующим звеном имеет хорошую сходимость с расчетным. Расхождения в амплитудных значениях импульсов тока не превысили 15%, а по схемному времени выключения - 5%.

5. Применение формирующей цепи с корректирующим звеном на экспериментальной моторвагонной секции ЭР22-02 позволило повысить коммутационную способность импульсного преобразователя и обеспечить надежность работы полупроводниковых приборов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам диссертационной работы можно сделать следующие выводы.

1. Формирующая цепь с корректирующими звеньями позволяет сформировать импульс тока трапецеидальной формы для коммутации тиристоров и увеличить запас по схемному времени выключения. Разработанные алгоритмы и рекуррентные формы позволяют 'рассчитать переходные характеристики коммутирующего тока и напряжений на любом из корректирующих звеньев при произвольном их числе.

2. Предложен системный подход к решению задач из теории цепных схем на примере Г-образного многозвенного ЬС-фильтра с неоднородными звеньями. Разработан простой и наглядный алгоритм формирования изображений характеристических многочленов неоднородных цепных схем, предупреждающий ошибки на этой стадии. Оригиналы токов и напряжений представлены в общем виде, что позволяет не составляя и не решая сложных дифференциальных уравнений сразу приступить к формированию переходных характеристик.

3. Проанализированы особенности режима короткого замыкания на выходе импульсного прерывателя мощных преобразующих систем тягового электропривода постоянного тока. Определены индуктивные параметры реактора, позволяющего обеспечить ограничение амплитуды тока короткого замыкания до допустимых значений ударных токов и сохранить работоспособность полупроводниковых приборов после отключения быстродействующей защиты. Получены аналитические выражения, устанавливающие связь между параметрами входного фильтра и ограничительного реактора с учетом допустимых величин ударных токов.

4. Электронное облучение структур полупроводниковых приборов позволяет уменьшить накопленный заряд восстановления приблизительно в три раза, что приводит к увеличению прямых потерь на 30-4 0 % и снижению коммутационных потерь в 4-5 раз. Рекомендованы границы пределов заряда обратного восстановления, позволяющие снизить суммарные потери для полупроводниковых приборов различного функционального назначения, применяемых на электрическом подвижном составе.

5. Результаты проведенных испытаний экспериментальной партии диодов на базе серийных ДЛ153-1250-32, предварительно облученных на установке БОИС-8, использованы АО "Электровыпрямитель" при разработке новой серии приборов типа ДЧ4 43, ДЧ453, ориентированных на применение в цепях импульсных прерывателей и инверторов электроподвижного состава постоянного тока.

6. Эксперименты подтвердили корректность принятых в разработанной аналитической модели допущений и возможность использования предложенных методик. Разница между экспериментальными и расчетными коэффициентами пульсаций токов и напряжений для квазиустановившихся режимов работы двухзвенного входного фильтра не превышает 4 %.

7. Испытания, проведенные совместно с ВНИИЖТ на экспериментальном электропоезде ЭР22-02 с импульсным регулированием напряжения показали, что импульс тока в контуре коммутации с корректирующим звеном имеет достаточно хорошую сходимость с расчетным. Расхождения в

Переходная функция напряжения 114(1:) на конденсаторе С4:

4Т

X [0 < X < -В3Ю2

Он

В1 —^-^^соь^щг

СО 1 СОБСО^ +

Е21 соб ■ 1 1

13 Е13 в1-в3(л/^)2)

V /ЧЕ>31 Ези ) V2

В1-9В3ш?3со г со83ю ^ + /В1 Вз \ в! г СОВ5Ш + (В1 - В3 (л/^)2)[ п р

315 \ /иэ15 ь15

Вх -ВзСл/о^)2^^--]л/о^со» ■

2 1

-лх i + 1 сое л/«!* со б л/а^ тс

VI

У J

ШО)

Переходная характеристика тока ±5 () в индуктивности Ь5 будет иметь вид:

4Т п

1 -10,5 <Х<\

211 (\-А2(Л1Щ)2 +А4(Л/^7)4) М---^(яп^ч

V ЬцУ (1-А2(Л/^")2 + +А4(^)4)1-5—-^зш^аз*

- тиЯ^ +

1( 1-9А2ю?+81А4ш4 . , . + -| --^вш30)21 + Ь

1 1 чБ13 Е13у тд/сс]^: (1-А2(л/^7)2+А4(Л/^)4) (1 - А2 )2 + А4 )(" ^--ЯП

V 'Ш2з собЗ — -пх \2 1Г1-25А2Ю?+625А4Ю?8т5 ^ 51 015 (1-А2(Л/^7)2 +А4 (Т^)4^^--^^!!^ (1-А2(Л/^Г)2 +А ---Цзт^ (1-А2(л/^)2+А 4(л/^)4)

35 Е35л Л +. у

Переходная функция напряжения иб^) на конденсаторе Сб: иб(0 = 41щах

X |0 < А, < 0,5 г г

В! -В3СО1 +В5Ю1

1 - А,|0,5 < Я, < 1 + (В!-В3 (Т^-)2 в1-в3(^)2+в5(^)4)[ +(в1-В3(^)2+В5(л/^)4)^

Он

0| созсо^-ь

J1

21 Е21 1 1 д/оС]" + соБд/а^

1| Вг -9В3со2 +81В5со4 Ъ

В1-В3(Л/^")2+В5(Л/^")4^

В1-В3(Л/^)2+В5(Л/^")4)[ +(В1-В3(Л/^)2 + В5(л/^7)4)[

31 Е31 3(01 созЗоо^ +

1 1 соб л/аз* соб

7Г

-лХ 42 ;

13 Е13

11

23 Е23 1 1

СОЗд/а]^: + д/а^соБд/а^

33 ^33

СОБ л/аз*

Л /

7С у с083 --яа,

42 )

В1-В3(Л/^7)2+В 5(Л/^7)4)[ (В1-В3(Л/Ц")2+В5(Л/^)4^

1 1

25 Е25^ 1 1 Л

35 ^35^ а^ СОВ + д/а^СОв-у/а^Ч-д/а^ сов^/аз^ соз5 у

71 1 --тсА +.

42 У у

Первый з;

РД0 лВысокоскорО/ 4 С/ ^S/C 21 , ч-у 35 I ti*.

1. Щербаков В.Г. Перспективы развития электровозостроения в СССР. Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электровозостроения. Новочеркасск. 1989 (30), с.5-15.

2. Розенфельд В.Е., Шевченко В.В., Майбога В.А., Долаберидзе Г.П. Тиристорное управление электрическим подвижным составом постоянного тока. М. : Транспорт. 1970, с.240.

3. Крогерис А., Рашевиц К., Рутманис JI. и др. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии. Рига. Зинатне. 1969, с.531.

4. Тихменев Б.Н., Трахтман JI.M. Подвижной состав электрических железных дорог. Теория работы электрооборудования, электрические схемы и аппараты. М.: Транспорт. 1969, С.408.

5. Некрасов В. И. Шпульсное управление тяговыми двигателями электроподвижного состава постоянного тока. Л. 1972, С.115.

6. Глазенко Т.А. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока. JI.: Энергия. 1973, С.304.

7. Бирзниекс JI.B. Импульсные преобразователи постоянного тока. М.: Энергия. 1974, С.256.

8. Берзиньш Я., Бирзниекс Л.Б., Данилов Б.П. и др. Электропоезда постоянного тока с импульсными преобразователями. М. : Транспорт. 1976, С.280.

9. Головатый А. Т., Ефремов И.С., Тулупов В. Д. Становление и развитие электрического транспорта в СССР. Электричество. 1977, № 12, с.13-20.

10. Иньков Ю.М., Ротанов H.A., Феоктистов В. П., Чаусов О.Г. Преобразовательные полупроводниковые устройства подвижного состава. М. : Транспорт. 1982, С.263.

11. Blaufuss К. Impulssteuerung von GleichstromFahrmotoren, Elektrische Bahnen. 1962, 33, № 5.

12. Gurwitz D. A Pulsed DC Motor Control System, Electrical review. 1964, № 11.

13. Heintze K., Fritz M gleichstromlokomotive für Fahrleitungsbetrieb mit Thyristor-gleichstromsteiler, Elektrische Bahnen. 1966, 37, № 6.

14. Дж.П.Пауэлс и М.Сквилбин. Электронный прерыватель . Принцип работы, экономические аспекты, применение на моторных вагонах. Железные дороги мира. М. : Транспорт. 1970. с.3-15.

15. The use of the chopper for d.c.electric traction. French Rail News. 1973, № 4, pp. 58-65.

16. F.Kuehrer and K.Moizis. Die ocsterreichische Thyristor-lokomotive OcBB Reihe 1044. Eisenbabntechnik 10 (1975), no. 3, pp.71-83.

17. Squilbin M. A development in the use of thyristors for electric traction: the new Class 20 loko-motives of the SNCB. "Rail International". 1976, January, pp.10-21.

18. Kishi S., Кода Т., Kobayashi Y. 3000 кВт -3000 V DC Chopper-Controlled Electric Lokomotives. Toshiba Review. 1985 (152), pp.5-10.

19. Wieser E.F.CTA prototypes combine chopper and resistance voltage control. "Railway Car". 1969, 125, № 6, pp.218-220.

20. Доценко А.П., Бирзниекс JI.В. Двухфазный тири-сторный широтно-импульсный преобразователь для безреостатного регулирования скорости электроподвижного состава постоянного тока. Труды. ВНИИ Вагоностроения. 1968. Вып.8, с.59-62.

21. Лось В.А. Исследование тиристорно-импульсных систем управления маневровым и промышленным электроподвижным составом постоянного тока. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук Днепропетровск. 1975. С.28.

22. Ефремов И.С., Косарев Г.В., Коськин О.А. и др. Тиристорный импульсный преобразователь с общим узлом коммутации для электроподвижного состава постоянного тока. Электричество. 1971, № 6. С.1-6.

23. Ранькис И.Я. Оптимизация параметров тиристор-ных систем импульсного регулирования тягового электропривода. Рига. Зинатне. 1985. С.183.

24. A.c.944037 СССР. Устройство для регулирования скорости вращения электродвигателя постоянного тока./ Мазнев A.C., Корнев A.C., Рогов А.Н., Суслова К.Н.// Открытия. Изобретения. 1982. № 26.

25. Боголюбов Ю.С., Корнев A.C., Левитский Б.Ю. Тиристорный многодвигательный электропривод постоянного тока. IV Всесоюзная научно-техническая конференция. Проблемы преобразовательной техники. Тезисы докладов. 4.1. Киев. 1987. С.21-23.

26. Боголюбов Ю.С., Корнев A.C., Морозов В.В. и др. Контактно-аккумуляторный электровоз в условиях строящегося метрополитена./ Информационный научно-технический сборник. Л.: Метрострой. 1989, № 3. С.37-39.

27. Архипов К.А., Боголюбов Ю.С., Корнев A.C. Тиристорный преобразователь контактно-аккумуляторного шахтного электровоза. Тезисы докладов конференции: Энергетическая электроника на транспорте. Севастополь. 1990. С.7-9.

28. A.c.1533905 СССР. Устройство для регулирования скорости электроподвижного состава./ Корнев A.C.,

29. Боголюбов Ю.С., Левитский Б.Ю., Циклаури Ш.Е.// Открытия. Изобретения. 1990. № 1.

30. Сидоров H.H. Применение ионных преобразователей для электрификации железных дорог. Сб. "Выбор системы тока для электрификации железных дорог СССР". Труды НИИ по электрификации железных дорог. 1932. Вып.1. с.1.

31. Ситников М.М. Ионные преобразователи. Сборник "Выбор системы тока для электрификации железных дорог СССР". Труды НИИ по электрификации железных дорог. 1932. Выпуск 1. С.1.

32. Ефремов И.С., Косарев Г.В. Теория и расчет электрооборудования подвижного состава городского транспорта. М.: Высшая школа. 1976. С.479.

33. Красонтович М.Ю. Об использовании многофазных импульсных преобразователей на машинах напольного электротранспорта. В кн. Проблемы преобразовательной техники. 4.2. Киев: ИЭД АН УССР. 197 9. С.57-60.

34. Гаврилов Я.И., Мнацаканов В.А. Вагоны метро--политена с импульсными преобразователями. М. : Транспорт. 1986. С.232.

35. Иньков Ю.М., Литовченко В.В., Шаров В.А. Асинхронные тяговые двигатели на железнодорожном транспорте. Электротехника. 1994, № 3. С.22-33.

36. Новые разработки в области локомотивострое-ния. Железные дороги мира. 1990, № 4. С.8-11.

37. Каганов И.Л. Промышленная электроника. М.: Высшая школа. 1968. С.558.

38. Забродин Ю.С. Коммутационные характеристики узлов принудительной коммутации тиристоров. Электротехника. 1971, № 9. С.6-9.

39. Забродин Ю.С. Узлы принудительной конденсаторной коммутации тиристоров. М. : Энергия. 1974. С.128.

40. Бегагоин Э.И., Сулейманов Р.Я. Расчет параметров контура параллельной коммутации широтно-импульсных преобразователей. Электротехника. 1976, № 9. С.47-49.

41. Лабунцов В.А., Тугов Н.М. Динамические режимы эксплуатации мощных тиристоров. М.: Энергия. 1977. С.192.

42. Карташев Р.П., Кулиш А.К., Чехет Э.М. Тири-сторные преобразователи частоты с искусственной коммутацией. Киев: Техника. 197 9. С.152.

43. Донской A.B., Кулик В.Д. Теория и схемы тири-сторных инверторов повышенной частоты с широтным регулированием напряжения. Л.: Энергия. 1980. С.160.

44. Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г., Недошивин Р.П. Силовые полупроводниковые приборы. Справочник. М.: Энергоатомиздат. 1985. С 400.

45. Некрасов В.И., Корнев A.C. Передаточные функции узлов коммутации с распределенными параметрами. Электричество. 1981, № 4. С.72-74.

46. Левитский Б.Ю., Мазнев A.C., Корнев A.C. Определение перенапряжений в многозвенных коммутирующих узлах тиристорных преобразователей энергии. Электричество. 1981, № 7. С.51-53.

47. Корнев A.C., Боголюбов Ю.С. Методика расчета параметров формирующих длинных линий в тиристорныхпреобразователях постоянного тока. Электротехника. 1988, № 10. С.61-64.

48. Palaniappan R., Abrol R.K., Patta К.,Vithayathil J. Modified Me Murray inverter with puise forming network commutation circuits. IEEE Transactions on industrial electronics and control instrumentation. Vol. IECI. 24. № 1. Fabruary 1977 . Pp.66-73.

49. Гусев О.A., Нечаев A.Г., Резчикова. Формирование импульсов с плоской вершиной в электромагнитах. Электричество. 1971, № 11. С.80-81.

50. Гоголицин Л.З., Васюра А.С. Тиристорный формирователь импульсов с коммутацией формирующим двухполюсником. Электричество. 1971, № 11. С.81-82.

51. Кощеев Г.Л. Улучшение коммутирующей способности контуров коммутации тока автономных инверторов высокой частоты. Электричество. 1975, № 7. С.4 6-4 9.

52. Долбня В.Т., Гончаров Ю.П. Узел параллельной коммутации с двумя резонансными контурами. Преобразовательная техника. 1978, № 1. С.9-11.

53. А.с.839004 СССР. Устройство для регулирования напряжения./ Мазнев А. С., Некрасов В.И., Корнев А. С., Лукин А.И.// Открытия. Изобретения. 1981, № 22.

54. Ицхоки Я.С., Овчинников Н.И. Импульсные и цифровые устройства. М.: Советское радио. 1978. С.592.

55. Кабанов Д.А. Функциональные устройства с распределенными параметрами. Основы теории и расчета. М.: Советское радио. 197 9. С.336.

56. А. с.1171922 СССР. Устройство для регулирования постоянного напряжения на активно-индуктивной нагрузке./ Корнев A.C., Некрасов В.И.// Открытия. Изобретения. 1985, № 29.

57. A.c.128844 СССР. Устройство для регулирования напряжения./ Корнев A.C., Левитский Б.Ю., Боголюбов Ю.С. и др.// Открытия. Изобретения. 1987, № 5.

58. Корнев A.C., Левитский Б.Ю., Мазнев A.C. и др. Улучшение условий работы тиристоров в преобразователях с дросселем насыщения кабельного типа. Электротехника. 1986, № 2. С.23-25.

59. A.c.1483567 СССР. Устройство для регулирования постоянного напряжения./ Корнев A.C., Боголюбов Ю.С., Левитский Б.Ю. и др.// Открытия. Изобретения. 1989, № 20.

60. Лукин Ф.В. Переходные процессы в линейных элементах радиотехнических устройств. Оборонгиз. М. 1950. С.140.

61. Литвиненко О.Н., Сошников В.И. Расчет формирующих линий. Киев: Государственное издательство технической литературы УССР. 1962. С.116.

62. Артым А.Д. Электрические корректирующие цепи и усилители. М.: Энергия. 1965. С.424.

63. Штибен Г.А. Выбор фильтра для электроподвижного состава с импульсным регулированием напряжения. Электротехника. 1972, № 4. С.19-22.

64. Гольштейн Е.И., Майер А.К. Пассивные сглаживающие фильтры. Томск. Изд. Томского университета. 1976. С.290.

65. Павлов И.В. Реализация требуемой характеристики фильтра для электроподвижного состава с широтно-импульсным регулированием. Электричество. 1977, № 1. С.68-72.

66. Pedder D.A.G. Passive output filters for use with lightweight waveform synthesising inverters. Int. Conf. Power Electron. Power Semicond and Appl. London. 1974. pp.216-221.

67. Rashid M.H. Effects of load inductance on the ripples of multiphase chopper controlled DC motor drive. Tltc Mach and Electromech. 1982, 7, № 6. Pp.483-495.

68. Rashid M.N. Design of LC input filter for multiphase DC choppers. IEE Proc. Vol. 130 Pt.B, № 1, 1983. Pp.39-44.

69. Gietkowski Z. 0 wyborze filtry wejsciowego do trakcyjnych przerywaczy tyrystorowych ze skokowa regu-lacja czestotliwosci. Zeszyty Naukowe Politechniki Gdanskiej. Nr 384. 1985. Ss.105-113.

70. Zybura E. Ocena niezawodnosci dfawikôw filtrôw przekszta+tnikôw tyrystorowych. Wiadomosci elektrotechniczne. ROC LVII. 1989, Nr 9-10. Ss.149-153.

71. Буре И.Г. О подавлении пульсаций тока, создаваемых электровозом ВЛ8в в тяговой сети б кВт. Доклады научно-технической конференции МЭИ. М. 1969. С. 129137 .

72. Чаплыгин Е.Е. Выбор структуры входных фильтров вентильных преобразователей. Электротехническая промышленность. Серия "Преобразовательная техника". 1977. Выпуск 4(93). С.9-12.

73. Штибен Г.А. Анализ однозвенных и многозвенных Г-образных сглаживающих фильтров. Вестник ВНИИЖТа. 1977, № 4. С.5-8.

74. Каяри Э.П., Феоктистов В.П., Чаусов О.Г. Расчет входных фильтров для групповых импульсных преобразователей постоянного тока. Электротехническая промышленность. Серия "Преобразовательная техника". 1977. Выпуск 10 (93). С.7-9.

75. Оводов О.В., Долгих Т.А. Расчет и применение оптимальных сглаживающих Г-образных LC- и Т-образных LCL-фильтров. Электротехническая промышленность. Серия "Преобразовательная техника". 1978. Выпуск 6. С.13-14.

76. Ранькис И.Я., Вейцман Л.Ю. Массо-габаритные показатели входных фильтров тиристорно-импульсных регуляторов скорости электропоездов. Электротехническая промышленность. Серия "Тяговое и подъемно-транспортное электрооборудование. 1984. Выпуск 4(94). С.4-6.

77. Феоктистов В.П., Чаусов O.P., Чуверин Ю.Ю. и др. Упрощенный метод расчета многозвенных фильтров для импульсных преобразователей постоянного тока. Электротехническая промышленность. Серия "Преобразовательная техника". 1981. Выпуск 1(129). С.8-10.

78. Leif E.Lawhite and Martin F.Schlecht. Active Filters for 1-Mhz Power Circuits with Strict Input/Output Ripple Requirements. IEEE Transactions on Power Electronics. Vol.PE-2, NO, 4 October. 1987. Pp.282-290.

79. Kurowski T., Cierpisz Cz., Drobinski W., Pol A. Wybor strutury filtru czynnego wejsciowego pojazdu stafego. Przeglad Elektrotechniczny R. Lix. Z. 1112/1993, s. 453-456.

80. Буре И.Г., Шевченко B.B. Входные фильтры статических преобразователей электрического подвижного состава постоянного тока. Электричество. 1970, № 5. С.47-52.

81. Штибен Г.А. Компенсация активного сопротивления в поперечном звене фильтра. Электричество. 1983, № 11. С.74-75.

82. Сооярв Ю.Э. Сглаживающий LC-фильтр с регулируемой индуктивностью дросселя. Уменьшение искажений в цепях с силовыми полупроводниковыми преобразователями. Сборник статей института термофизики и электрофизики АН СССР Эст.ССР. Таллин. 1981. С.16-19.

83. Зубакин А.Г., Шипунов И.В., Щербаков B.C. Избирательный фильтр пульсаций. Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 1980, № 7. С.766-768.

84. Кожавин O.A. Улучшение динамических параметров импульсного стабилизатора напряжения с двухзвенным сглаживающим фильтром и параллельным звеном коррекции. Электронная техника в автоматике. 1986. Выпуск 17. С.95-100.

85. Булатов О.Г., Олещук В.И., Чаплыгин Е.Е. Выходные фильтры автономных инверторов напряжения. Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 1978, № 2. С.172-178.

86. Руденко B.C., Шелковников Б.Н., Приходько A.A. Расчет качественных показателей сглаживающих фильтров и непрерывных стабилизаторов напряжения. Известия ВУЗов. Энергетика. 1988, № 12. С.7-11.

87. Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф., Чу С.К. Магнитно-связанный сглаживающий фильтр для импульсных регуляторов и преобразователей постоянного напряжения. Электронная техника в автоматике. М. 1986. Выпуск 17. С.116-121.

88. Лангин A.A. Синтез пассивных линейных электрических цепей. Рига: Зинатне. 1969.

89. Херреро Д., Уиллонер Г. Синтез фильтров. Перевод с английского под редакцией И.С.Гоноровского. М.: Советское радио. 1971. С.232.

90. Беллерт С., Возняцкий Г. Анализ и синтез электрических цепей методом структурных чисел. М.: Мир. 1972. С.333.

91. Лангин A.A. Расчет электрических фильтров. Рига: Зинатне. 1974. С.183.

92. Христиан Э., Эйземан Е. Таблицы и графики по расчету фильтров. Справочник. Перевод с английского под редакцией А.Ф.Белецкого. М.: Связь. 1975. С.408.

93. Ланнэ A.A. Оптимальный синтез линейных электронных схем. М.: Связь. 1978. С.336.

94. Сигорский В.П., Петренко А.И. Алгоритмы анализа электронных схем. М.: Советское радио. 1976. С. 608 .

95. Глух Е.М., Зеленов В.Е. Быстродействующие системы защиты тиристорных преобразователей для электропривода. Тезисы конференции "Тиристорный управляемый асинхронный электропривод". Свердловск. 1968. С.32-37.

96. Глух Е.М., Зеленов В.Е., Канашев Н.М. Новые методы быстродействующей защиты силовых тиристорных преобразователей. Труды Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики. Электромеханика. 1972, т.38. с.159-181.

97. Евсеев Ю.А., Чесноков Ю.А. Способ повышения перегрузочной способности преобразователя в режимах короткого замыкания. Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника. 1973, выпуск 5(40). С.4-7 .

98. Крылов С.С., Дерим-Оглу Г.Н., Глух Е.М. и др. Коммутационная и защитная аппаратура для тиристор-ных преобразователей. Автоматизированный электропривод в промышленности. М.: Энергия. 197 4. С.127-131.

99. Зеленов В.Е. Анализ аварийного процесса и метод быстродействующей защиты при срыве инвертирования в преобразователе частоты со звеном постоянного тока. Электричество. 1977, № 2. С.60-63.

100. Алексеев В.М. Метод защиты тепловозных преобразователей частоты. Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника. 1977, выпуск 8(91). С. 14-16.

101. Глух Е.М., Зеленов В.Е. Защита полупроводниковых преобразователей. М. : Энергия. 1982. С.153.

102. Elektronischer Überstromschutz für Stromrichter großser Leistung. Elektrie. 1976. Bd 30, № 8. Ss.331-332.

103. Heuman K., Jund M., Criteria for the design df PWM inverters with GTOs. IERE Anual power electroniics specialists conferense, 16 Proceeding of the Toulouse France. 1985, p. 565-572.

104. Тиристоры (Технический справочник). Пер.с англ./Под.ред. В.А.Лабунцова, С.Г.Обухова, А.Ф.Свиридова. М.: Энергия. 1971, С.560.

105. Новиков О.И., Третьяк Т.П. Экспериментальное исследование устройства для ускорения процесса отключения тока короткого замыкания быстродействующими выключателями АБ-2/4 . Вестник ВНИИЖТа. 1977, №1, с.4-8.

106. Боровой А.И. Токи короткого замыкания преобразователя при пробое тиристоров. Труды Всесоюзногоэлектротехнического института. Силовые полупроводниковые устройства. 1967, выпуск 75. С.156-162.

107. Глух Е.М., Зеленов В.Е. Расчет аварийных токов тиристорных выпрямителей с учетом быстродействующей защиты. Электротехническая промышленность. Преобразовательная техника. 1970, № 4. С.9-11.

108. Некрасова Н.Р. Расчет токов короткого замыкания в 12-фазном мостовом выпрямителе. Электроника. 1972, № 3. С.42-44.

109. Магетто Г. Тиристор в электротехнике. Перевод с французского. М.: Энергия. 1977. С.184.

110. Тарасов А.Н., Толстов Ю.Г. Тепловой расчет тиристорных вентилей мощных преобразователей частоты в аварийных режимах. Электричество. 1989, № 9. С.38-42.

111. Тарасов А.Н. Аварийные процессы в тиристорных преобразователях частоты с промежуточным звеном постоянного тока. Электричество. 1997, № 8. С.48-58.

112. Кузьмин В.А., Мамонов В.И., Чесноков Ю.А. Допустимые ударные токи и механизмы отказа силовых полупроводниковых приборов в различных режимах. Электротехника. 1984, № 3. С.44-47.

113. Silber D., Robertson М Thermal effects on the forward characteristics of silicon p-i-n diodes at high pulse currents. Sol.St.Electronics. 1973. Vol.16, № 12. Pp.1337.

114. Kao Y.C., Hower P.L. The surge capability of high voltage rectifiers. Washington: IEDM Tech. Digest. 1978. Pp.568-573.

115. Silard A., Bodea M., Luca M. Predicting the surge capability of power thyristors. Electron. Letts. 1980. Vol.16, № 9. Pp.325-327.

116. Евсеев Ю.А. Полупроводниковые приборы для мощных высоковольтных преобразовательных устройств. М.: Энергия. 1978. С.192.

117. Евсеев Ю.А., Дерменжи П.Г. Силовые полупроводниковые приборы. Энергоиздат. 1981.

118. Воронин К.Д., Евсеев Ю.А., Локтаев Ю.М. и др. Силовые полупроводниковые приборы состояние перспективы. Электротехника. 1984, № 3. С.19-21.

119. Хвостов B.C., Мдзинаришвили А.Т., Преображенский С.М., Артемьев Ю.Н. Применение низкочастотных тиристоров в импульсных преобразователях. Электричество. 1986, № 12. С.20-25.

120. Евсеев Ю.А., Крюкова H.H. Силовое полупроводниковое приборостроение. Электротехническое производство, передовой опыт и научно-технические достижения. Информэлектро. 1988. Выпуск 9(9). С.1-3.

121. Бардин В.М. Об основных направлениях работ в области надежности силовых полупроводниковых приборов. Электротехника. 1988, № 5. С.44-46.

122. Тулупов В.Д. Эффективность электроподвижного состава с импульсным управлением. Железнодорожный транспорт. 1994, № 4. С.49-58.

123. Гейфман Е.М., Корнев A.C., Иванов H.A. и др. Высоковольтные диоды повышенного быстродействия в ти-ристорно-импульсных преобразователях электроподвижного состава постоянного тока. Электротехника. 1996, № 12. С.11-13.

124. Ковалев Ф.И., Флоренцев С.Н. Силовая электроника: вчера, сегодня, завтра. Электротехника. 1997, № 11. С.2-6.

125. Розанов Ю.К., Флоренцев С.H. Электропривод и силовая электроника. Электротехника. 1997, № 11. С.7-12.

126. Балыбердин JI.JI., Галанов В.И., Гуревич М.К., Шершнев Ю.А. Опыт применения силовых запираемых тиристоров в преобразовательной технике. Электротехника. 1997, № 11. С.37-42.

127. Assalit H.В., Eriksson L.O., wu S.I. High power controlled soif recovery diode design and application. IAS/IEEE Conf. Record. 1979. Pp.1056-1061.

128. Wicky R. Aktuelle Tendenzeu in der Leistungselektronik. Bull. ASE/VCS. 1986, № 19. Ss.1202-1205.

129. Ютландов Ю.Д., Чибиркин В.В., Шестоперов Г.H. Силовые полупроводниковые приборы и преобразователи АООТ "Электровыпрямитель". Электротехника. 1996, № 4. С.21-24.

130. Меерович JI.A., Зеличенко Л.Г. Импульсная техника. М.: Советское радио. 1954. С.760.

131. Айзинов М.М. Переходные процессы в элементах радиоустройств. JI.: Морской транспорт. 1955. С.492.

132. Каллер М.Я. Теория электрических цепей. М. : Всесоюзное издательско-полиграфическое объединение МПС. 1962. С.496.

133. Айзинов М.М. Анализ и синтез линейных радиотехнических цепей в переходном режиме. M.-JI.: Энергия. 1964. С.282.

134. Кочанов Н.С. Основы синтеза линейных электрических цепей во временной области. М.: Связь. 1967. С.200.

135. Матханов П.Н. Основы синтеза линейных электрических цепей. М.: Высшая школа. 1976. С.208.

136. Атабеков Г.И. Теория линейных электрических цепей. М.: Советское радио. 1960. С.712.

137. Сигорский В.П., Петренко А.И. Основы теории электронных схем. Киев: Техника. 1967. С.699.

138. Белецкий А.Ф. Основы теории линейных электрических цепей. М.: Связь. 1967. С.608.

139. Ronald М/ Foster. A Reactance Theorem. The bell system technical journal. 1924, vol.3, April. Pp.259-267.

140. Wagner K.W. Operatornrechnung und Lapla-sische Transformation Johann Ambrosius Bauth Verlag. 1950.

141. Лурье А.И. Операционное исчисление и его приложение к задачам механики. Гостехиздат. 1950. С.431.

142. Диткин В.А., Кузнецов П.И. Справочник по операционному исчислению. Гостехиздат. 1951. С.255.

143. Ван-дер-Поль В., Бреммер X. Операционное исчисление на основе двухстороннего преобразования Лапласа. М.: ИЛ. 1952. С.506.

144. Вебер Э. Переходные процессы в линейных цепях. М.: Советское радио. 1958. С.392.

145. Гарднер М.Ф., Бэрнс Дж.А. Переходные процессы в линейных системах. М.: Физматгиз. 1961. С.551.

146. Максимович Н.Г. Линейные электрические цепи и их преобразования. М.-Л.: Госэнергоиздат. 1961. С.264.

147. Давыдов B.C. О резонансных частотах однородных цепных схем. Электричество. 1963, № 2. С.10-17.

148. Сешу С., Балабанян Н. Анализ линейных цепей. Перевод с английского под редакцией Г.И.Атабекова. М. 1963. С.551.

149. Мэзон С., Циммерман Г. Электронные цепи сигналы и системы. Перевод с английского под редакцией П.А.Ионкина. М.: ИЛ. 1963. С.619.

150. Дёч Г. Руководство по практическому применению преобразования Лапласа. М.: Наука. 1965. С.287.

151. Диткин В.А., Прудников А.П. Операционное исчисление. М. : Высшая школа. 1966. С.408.

152. Петренко А.И. К определению обратного преобразования Лапласа без разложения схемной функции на множители. Известия ВУЗов СССР. Радиоэлектроника. 1968. Т.XI, № 11.

153. Бейтмен Г., Эрдейн А. Таблицы интегральных преобразований. T.I. Преобразования Фурье, Лапласа, Меллина. М.: Наука. 1969. С.344.

154. Конторович М.И. Операционное исчисление и процессы в электрических цепях. М. : Советское радио. 1975. С.320.

155. Захарин B.C., Каганов З.Г., Медведева Л.С. Применение полиномов Чебышева и "собственных чисел" к анализу однородных цепных схем. Электричество. 1977, № 12. С.70-73.

156. Федянин A.C. Матрицы и передаточные функции цепных схем. Электричество. 1977, № 12.17 4. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Советское радио. 1977. С.608.

157. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Наука. 1966, С.570.

158. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука 1974, С.832.

159. Курош А.Г. Курс высшей алгебры. М. : Наука, 1975, С.432.

160. Колмогоров А.Н., Фомин C.B. Элементы теории функций и функционального анализа. М. : Наука. 1976, С.544.

161. Ильин В.А., Позняк Э.Г. Линейная алгебра. М.: Наука. 1978. С.302.

162. Ланкастер П. Теория матриц. Перевод с англ. М.: Наука. 1978, С.280.

163. Хинчин А.Я. Цепные дроби. М. : Наука. 1978 . С. 112.

164. Титчмарш Е. Теория функций. Перевод с англ. М.: Наука. 1980, С. 464.

165. Саркисов Г.А., Фридман П.М. Оптимизация структур выходных фильтров статических преобразователей при активно-реактивной нагрузке. Электричество. 1975, №4, с.80-82.

166. Тамкиви П.И. О частотных характеристиках LC-фильтров. Уменьшение икажения в цепях с силовыми полупроводниковыми преобразователями. Сб. Статей института термофизики и электрофизики АН Эст. ССР. Таллин. 1981, с.8-10.

167. Мустафа Г.Ф., Кутейникова А.Ю., Розанов Ю.К., Иванов И.В. Применение гибридных фильтров для улучшения качества электроэнергии. Электричество. 1975, №10, с.33-39.

168. Ивакин В.Н., Худяков В.В. Синтез фильтров высших гармоник для промышленных предприятий и энергосистем. Электротехника. 1997, №3, с.40-44.

169. Корнев A.C. Численно-аналитический метод расчета в неоднородных цепных схемах импульсных систем постоянного тока. Электричество. 1998, №6, с.64-70.

170. Ранькис И.Я., Блумберг Э.Я., Ломаш П.А. Магнитосвязанные дроссели двухфазных тиристорных импульсных регуляторов. Изв. АН ЛатвССР. Сер. Физ. И техн. Наук. 1976, №4, с.106-111.

171. Левитский Б.Ю., Некрасов В.И., Гилевич О.И., Корнев A.C. и др. Влияние магнитной связи сглаживающих дросселей на пульсации токов при многофазном регулировании. Электротехника. 1977/ №12, с.21-24.

172. Новикова O.B. Расчет параметров сглаживающего магнитозвязанного реактора тиристорно-импульсного преобразователя по условиям работы в прерывистом режиме. Сер. Преобразоват. Техника. Вып. 9(116). 1979, с.13-16.

173. Братолюбов Б.Б. Предельные токи силовых полупроводниковых приборов и нагрузочная способность мощных вентильных узлов как функция точностных и вероятностных характеристик. Изв. вузов. Электротехника. 1989, №3, с.93-100.

174. Жуйков В.Я., Коротеев И.Е., Сучик В.Е. Применение свертки функций в комплексной области для расчета электромагнитных процессов в преобразовательных устройствах. Изв. Вузов. Энергетика. 1980, №4, с.101-103.

175. Куземин А.И., Глушков Е.Ф., Горохов В.Н., Татура И.П. Потери в тиристорах и диодах при восстановлении обратного напряжения. Электротехника 1987, №1, с.31-33.

176. A.A.Asi, G.K.Toomsoo, J.A.Oruaas. Thermal Characteristics of Power Semiconductor Device at Varius Loading Regimes. 4 th Power Electronics Conference. Budapest"85, Section IV.

177. Грехов И.В., Козлов А.К., Коротков C.B. и др. Высокочастотные реверсивно включаемые динисторы. Электротехника. 1988. №5, с.10-12.

178. Гейфман Е.М., Конюхов A.B., Лапшина И.Н. и др. Высоковольтные мощные тиристоры с повышенным быстродействием. Электротехника. 1988. №5, с.20-22.

179. Локтаев Ю.М., Конюхов A.B., Гейфман Е.М. и др. Высоковольтные тиристоры с улучшенными динамическими характеристиками. Силовые быстродействующие полупроводниковые приборы. Сб. Статей. 4.2. Таллин: Валгус. 1989.

180. Программа освоения силовых полупроводниковых приборов для преобразователей электроподвижного соста- 304 ва нового поколения. АО "Электровыпрямитель". Саранск 1997, С.26.

181. Гейфман Е.М., Корнев A.C., Боголюбов Ю.С. и др. Высоковольные мощные диоды с повышенным быстродействием. Полупроводники в энергетике. Тезисы докладов международной научной конференции. Рига. 1991, с.105-106.

182. Глушков Е.Ф., Куземин А.И. Характеристики выключения тиристоров. Тр. ВЭИ. 1977. Вып.88.

183. Вавилов B.C., Ухин H.A. Радиационные эффекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах. М. : Атомиздат, 1969, С.311.

184. Dudzinski T. Czaz odzyskiwania zdolnosci zaworoweji fadunek przejsciowy diod i tyrystorow mocy. Wiadomosci Electrohniczne, ROC LVII. 1989, 225-227.

185. Белокрылин А.Ю., Рубчинский 3.M., Шилов Л.H. Улучшение энергетических показателей электропоездов ЭР2Р//Вестник ВНИИЖТ. 1989, №2, с.17-20.