Тяговый электропривод электроподвижного состава постоянного тока

Предложен тяговый электропривод электроподвижного состава постоянного тока, содержащий соединенные последовательно токоприемник, быстродействующий выключатель и Г-образный фильтр с индуктивным и емкостным элементами, причем последний подключен также к заземляющему устройству электроподвижного состава, а к выходу фильтра подключены соединенные параллельно идентичные блоки, каждый из которых содержит преобразователь электроэнергии и тяговые двигатели. Дополнительно предусмотрены импульсный прерыватель и диод, причем последний включен в фильтре между индуктивным и емкостным элементами, а импульсный прерыватель включен между общей точкой индуктивного элемента и диода, с одной стороны, и с заземляющим устройством, с другой стороны.

Полезная модель относится к электровозам и электровагонам железнодорожного транспорта, которые получают электропитание от контактной сети постоянного тока.

Известен и широко применяется тяговый электропривод с электродвигателями постоянного тока последовательного возбуждения, которые регулируют при помощи пусковых реостатов в сочетании с переключением группировок двигателей [1].

Недостатки этого электропривода связаны с недостаточной надежностью коллекторных двигателей и неэкономичностью их контакторно-реостатного регулирования.

Эти недостатки устранены в тяговом электроприводе, содержащем соединенные последовательно токоприемник, быстродействующий выключатель и Г-образный фильтр с индуктивным и емкостным элементами, причем последний подключен к заземляющему устройству электроподвижного состава, а к выходу фильтра подключены соединенные параллельно идентичные блоки, каждый из которых содержит преобразователь электроэнергии и тяговые двигатели [2]. Такой электропривод использован на электровозах ЭШО и ЭП20 с асинхронными тяговыми двигателями, на электропоездах ЭР 12 и ЭМ2И с коллекторными двигателями и импульсными преобразователями. Его можно принять за прототип.

Недостаток прототипа проявляется при снижении напряжения на токоприемнике, что характерно для электрической тяги постоянного тока (при номинальном напряжении 3 кВ оно может снижаться до 2,4 кВ и в некоторых ситуациях до 2,2 кВ). При этом существенно снижается вращающий момент - у асинхронных двигателей пропорционально квадрату напряжения. Частично этот эффект компенсируется модуляцией выходного напряжения автономных инверторов, но модуляцию применяют только в зоне низких скоростей. Например, для двигателей НТА-300 при n_max=2400 об/мин модуляцию применяют только до n=1300 об/мин.

Техническое решение заключается в обеспечении нормальной работы тягового электропривода при снижении напряжения на токоприемнике.

Этот эффект в заявленной полезной модели достигается за счет того, что дополнительно предусмотрены импульсный прерыватель и диод, причем последний включен в фильтре между индуктивным и емкостным элементами, а импульсный прерыватель включен между общей точкой индуктивного элемента и диода, с одной стороны, и с заземляющим устройством, с другой стороны.

Существо предложения иллюстрируется на прилагаемом чертеже, где представлены:

- на фиг. 1 - принципиальная электрическая схема силовой части электропривода;

- на фиг. 2 - регулировочная характеристика.

Электропривод рассмотрен на фиг. 1 для 6 - осного электровоза; предусмотрены токоприемник 1, защитный выключатель 2 и фильтр 3. В состав фильтра входят: индуктивный элемент 4 и емкостной элемент (конденсатор) 5, между которыми включен диод 6, а общая точка диода 6 и индуктивного элемента 4 соединена посредством импульсного прерывателя 7 с заземляющим устройством 14.

К выходу фильтра 3 подключены идентичные блоки 8-10 (по одному на каждую двухосную тележку электровоза). Блок 8 содержит автономный инвертор напряжения 11, к выходу которого подключены асинхронные тяговые двигатели 12-13 (по одному на каждую ось электровоза).

Электропривод работает следующим образом. В расчетном режиме, т.е. при номинальном напряжении на токоприемнике ИП7 не включают. Управление АТД осуществляется при помощи АИН, генерируя на выходе каждого из этих АИН трехфазное переменное напряжение и регулируя вращающий момент АТД и силу тяги электровоза изменением частоты и величины напряжения. При этом напряжение на выходе АИН регулируют при помощи импульсной модуляции одновременно с изменением частоты, при пуске электровоза напряжение повышают при помощи импульсной модуляции только до определенного момента. Далее напряжение остается немодулированным и для повышения скорости повышают только частоту [3].

Положение тяговой характеристики электровоза по завершении модуляции выходного напряжения АИН существенно зависит от величины напряжения на токоприемнике. Поэтому для обеспечения нормальной работы тягового электропривода нужно обеспечить номинальное напряжение на входе АИН и соответственно на АТД.

В данной полезной модели это обеспечивается при помощи ИП7. При его включении образуется контур 1-2-4-7-8; ток в индуктивности 4 быстро нарастает. При выключении ИП7 энергия, накопленная в индуктивности 4, дозаряжает конденсатор 5 до напряжения u_{с max}. За время включенного состояния ИП7 конденсатор 5 разряжается на блоки 8 - 10 до u _{с min}. Размах пульсаций снижает повышение рабочей частоты ИП7 до величины f=1,2-1,5 кГц.

При работе ИП7 происходит дополнительный подзаряд конденсатора выше входного напряжения U. Соотношение этих напряжений определяется формулой

где - длительность включенного состояния ИП7;

Т, f - период и частота включения ИП.

Эта зависимость показана на фиг. 2, причем практически нужны небольшие значения U_c/U. Например, для повышения напряжения с 2,4 кВ до 3,0 кВ, т.е. в 1,2 раза нужно реализовать k=0,18.

Положительный эффект данной полезной модели - это обеспечение стабильной работы тягового электропривода при понижении напряжения в контактной сети.

Источники информации

1. Электровоз ВЛ11М. М.: Транспорт, 1994, 416 с.

2. ЭПС с электрическим торможением (ред. Иньков Ю.М., Фельдман Ю.И.). М., УМЦ ЖДТ, с. 377, рис.4.4, с. 388, рис. 4.11.

3. Электровоз ЭШО. Техническое описание. ВЭлнии, раздел Управление инвертором, 1995.

Тяговый электропривод электроподвижного состава постоянного тока, содержащий соединенные последовательно токоприемник, быстродействующий выключатель и Г-образный фильтр с индуктивным и емкостным элементами, причем последний подключен также к заземляющему устройству электроподвижного состава, а к выходу фильтра подключены соединенные параллельно идентичные блоки, каждый из которых содержит преобразователь электроэнергии и тяговые двигатели, отличающийся тем, что дополнительно предусмотрены импульсный прерыватель и диод, причем последний включен в фильтре между индуктивным и емкостным элементами, а импульсный прерыватель включен между общей точкой индуктивного элемента и диода с одной стороны и с заземляющим устройством с другой стороны.