Преобразователь собственных нужд с новым принципом построения высоковольтной части: текстовая версия

Рассматриваемый преобразователь собственных нужд (ПСН) обеспечивает получение напряжения переменного тока, регулируемого по частоте и уровню, а также напряжение переменного тока со стабильной частотой и фиксированным выходным напряжением. Рассмотрим ПСН с тремя трехфазными выходными инверторами. Первый инвертор обеспечивает постоянный уровень (380/220 В) и постоянную частоту (50 Гц) напряжения, второй и третий предназначены для частотного регулирования асинхронных двигателей компрессора и охлаждения тя гового двигателя. Входное напряжение ПСН составляет 2200–4000 В DC. Такие преобразователи используют как вспомогательные для локомотивов и пассажирских вагонов.

Преобразователь, работающий от высоковольтного напряжения постоянного тока (например, номинальное напряжение 3000 В DC, диапазон изменения напряжения 2200–4000 В), обычно состоит из высоковольтной части, подключенной к высоковольтному напряжению, и группы инверторов, работающих от промежуточной шины постоянного тока с уровнем напряжения 600–700 В DC. Построение высоковольтной части должно обеспечивать гальваническую развязку цепей входного напряжения и инверторов.

В разработке ПСН наибольшие сложности возникают при построении высоковольтной части: необходимо обеспечить высокий уровень необходимой изоляции от корпуса (10–11кВ), обычное требование гальванической развязки между входом и выходом. Сравнительно низкий уровень допустимого напряжения IGBT-модулей и диодов вынуждает разработчиков использовать последовательное соединение нескольких ячеек. Структура высоковольтной силовой части становится сложной, громоздкой, не отвечающей требованиям надежности. В новом ПСН высоковольтная часть выполнена по принципиально новой схеме. Она значительно проще, чем существующие до настоящего времени трех-, четырех-, или шестимодульные конструкции. В составе силовой высоковольтной части только два основных узла: повышающее звено с новыми свойствами и DC/DC-преобразователь резонансного типа, в основе которого два высоковольтных модуля 65 класса.

Устройство управления выполнено на базе двух ЦСП типа TMS320F2808, обеспечивающих при запуске ПСН определенную последовательность включения силовых блоков:
1) включение главного контактора;
2) включение зарядного ключа;
3) формирование возрастающих по длительности управляющих импульсов первой ступени и DC/DC-преобразователя.

Алгоритм запуска предусматривает определенную последовательность «разгона» управляющих импульсов и ту или иную скорость изменения управляющих импульсов DC/DC-преобразователя в зависимости от уровня входного напряжения. При этом обеспечивается защита ключей первой и второй ступеней от выхода из строя при запуске. Уникальность предложенного инновационного решения – малое число элементов высоковольтной части. Решение защищено двумя патентами РФ на изобретение, полученными ЗАО «Электро СИ».
Источник:  Транспорт РФ. 2015. № 3 (58). С. 54-55.