Четырехквадрантные преобразователи служат для преобразования переменного напряжения вторичных обмоток тягового трансформатора в постоянное напряжение для питания автономного инвертора напряжения в тяговом режиме и, наоборот, в режиме рекуперативного торможения. То есть они выполняют те же функции, что и полностью управляемые выпрямители, которые также могут работать в режиме ведомых сетью инверторов, однако принцип работы 4QS существенно отличается. Основным преимуществом 4QS-преобразователей по сравнению с управляемыми выпрямителями является возможность поддержания коэффициента мощности близким к единице во всех режимах работы тягового привода. Следует обратить внимание, что в отличие от однофазных выпрямителей, в которых выходное напряжение ниже входного, 4QS-преобразователи являются повышающими.
Так, на поезде «Ласточка» напряжение, подаваемое на вход преобразователя от вторичной обмотки тягового трансформатора, составляет 1668 В, а выходное напряжение, подаваемое на вход АИН, — 3000 В. Схема двухквадрантного преобразователя, поясняющая принцип работы 4QS, приведена на рис. 5.10. При кратковременном замыкании ключа S источник переменного напряжения Uc замыкается накоротко, его ток начинает возрастать и энергия накапливается в реакторе L. При размыкании ключа S в реакторе L образуется ЭДС самоиндукции, направленная в ту же сторону, что и напряжение источника питания, и происходит сброс энергии на конденсатор Сф. Причем, даже если Uc < Ucф, сброс энергии все равно произойдет, так как с Uc суммируется UL. Поглощающий контур, состоящий из реактора L2 и конденсатора С2, настроен на резонансную частоту 2fc и служит для отвода переменной составляющей из кривой выходного напряжения. Однако преобразователь, схема которого приведена на рис. 5.10, не сможет обеспечить обратную передачу электрической энергии.
Рис. 5.10. Схема, поясняющая принцип работы четырехквадрантного преобразователя
Упрощенная схема 4QS-преобразователя приведена на рис. 5.11 (поглощающий контур не показан).
Рис. 5.11. Схема четырехквадрантного преобразователя
Преобразователь представляет собой мостовую однофазную схему. Моменты переключения транзисторов преобразователя совпадают с равенством двух модулирующих напряжений: синусоидального и пилообразного. Алгоритм переключения транзисторов можно записать в следующем виде:
Состояние транзисторов VT2 и VT4 инверсно состоянию транзисторов VT1 и VT3:
Рассмотрим подробнее работу преобразователя в тяговом режиме.
Интервал времени 0—1 (рис. 5.12). Открыты транзисторы VT2 и VT4. Через транзистор VT2 и диод VD8 источник питания замыкается накоротко, ток в нем увеличивается, происходит накопление энергии в реакторе L.
Рис. 5.12. Контур тока источника питания в интервале времени 0—1
Интервал времени 1—2 (рис. 5.13). Открыты транзисторы VT1 и VT4. Транзистор VT2 закрывается, размыкая контур тока короткого замыкания. Через диоды VD5 и VD8 запасенная энергия передается на входной фильтр АИН. Ток в источнике питания уменьшается.
Рис. 5.13. Контур тока источника питания в интервале времени 1—2
Интервал времени 2—3 (рис. 5.14). Открыты транзисторы VT1 и VT3. Через транзистор VT3 и диод VD5 источник питания замыкается накоротко, ток в нем увеличивается, происходит накопление энергии в реакторе L.
Интервал времени 3—4. Аналогично интервалу 1—2 и т.д.
Рис. 5.14. Контур тока источника питания в интервале времени 2—3
На поездах преобразователи работают с несущими частотами 300 и 450 Гц (кратноcти 6 и 9). Алгоритм работы четырехквадрантного преобразователя для кратности 6 представлен на рис. 5.15, для кратности 9 — на рис. 5.16.
Рис. 5.15. Алгоритм работы четырехквадрантного преобразователя для кратности 6
Рис. 5.16. Алгоритм работы четырехквадрантного преобразователя для кратности 9
