Improving energy characteristics of ac electric rolling stock by using the three-level active four-quadrant rectifiers

Abstract

EN: In order to minimize the reactive power and higher harmonics of currents, as well as to improve the electromagnetic compatibility of electrical traction networks and systems of railroad automation, modern electric rolling stock of alternating current employ active four-quadrant rectifiers. The classical topology of a given converter is the two-level full-bridge active rectifier that ensures a power factor close to unity and the recuperation of energy to a power network. However, the high switching frequency predetermines high dynamic losses in power transistors and a low value for efficiency.

It appears promising to use the three-level active four-quadrant rectifiers with a power factor correction. It has been proposed in the current work to apply a system of control over a three-level active rectifier with the two-channel equal-shifted sinusoidal PWM.

UA: З метою мінімізації реактивної потужності та вищих гармонік струмів, а також поліпшення електромагнітної сумісності мереж тягового електропостачання та систем залізничної автоматики на сучасному електричному рухомому складі змінного струму використовують активні чотириквадрантні випрямлячі. Класичною топологією даного перетворювача є дворівневий повномостовий активний випрямляч, який забезпечує коефіцієнт потужності близький до одиниці та рекуперацію енергії в мережу живлення. Однак висока частота комутації зумовлює високі динамічні втрати в силових транзисторах та низьке значення ККД.

Перспективним є використання трирівневих активних чотириквадрантних випрямлячів з корекцією коефіцієнта потужності. В роботі запропонована система керування трирівневого активного випрямляча з двоканальною рівне-зсунутою синусоїдальною ШІМ.