Устройство для рекуперативного торможения электровоза постоянного тока

Предложено устройство для рекуперативного торможения электровоза постоянного тока, содержащее тяговые электродвигатели постоянного тока, якорные обмотки и обмотки возбуждения которых соединены последовательно и подключены к токоприемнику и заземляющему устройству, статический преобразователь с системой автоматического регулирования, входы которого также подключены к токоприемнику и заземляющему устройству, и быстродействующий контактор. Дополнительно предусмотрены, что выходы статического преобразователя и силовые контакты быстродействующего контактора соединены последовательно и эта цепочка подключена параллельно обмоткам возбуждения.

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а точнее к электровозам с питанием от контактной сети постоянного тока.

Известны электровозы постоянного тока 3 кВ, содержащие тяговые электродвигатели, якорные обмотки которых подключены к контактной сети, а обмотки возбуждения к электромашинному генератору, причем для защиты тяговых двигателей предусмотрены быстродействующие контакторы [Ребрик Б.Н. Рекуперация энергии на электровозах. М.: Издательство ЭКСМО, 2000, с. 16, рис. 5.]. Такое оборудование использовано на всех электровозах ВЛ10 и ВЛ11. Его недостатки связаны со сложностью выполнения электромашинного генератора, который выполнен как одноякорный преобразователь напряжения контактной сети.

В качестве прототипа целесообразно пинять устройство для рекуперативного торможения электровоза постоянного тока, содержащее тяговые электродвигатели постоянного тока, якорные обмотки и обмотки возбуждения которых соединены последовательно и подключены к токоприемнику и заземляющему устройству, статический преобразователь с системой автоматического регулирования, входы которого также подключены к токоприемнику и заземляющему устройству, и быстродействующий контактор [Трахтман Л.М. Электрическое торможение электроподвижного состава. М.: Транспорт, 1979, с. 285, рис. 273а.; Электровоз 2ЭС6. Техническая документация УЗЖМ, раздел «Рекуперативное торможение», 2010.].

Недостатки прототипа связаны со следующим:

- статический преобразователь СП на тиристорах пропускает ток только в одном направлении (в отличие от машинного генератора), так что при отключении быстродействующего контактора необходимо включать специальный аппарат, включенный параллельно СП. В качестве этого аппарата используют блок тиристоров;

- процесс отключения быстродействующего контактора сопровождается коротким замыканием СП, что заставляет увеличивать его установленную мощность.

Эти недостатки проявились при эксплуатации электропоездов ЭР22М и электровозов ВЛ15С и 2ЭС6, что свидетельствует о недостаточной эффективности прототипа [Материалы сетевой школы ОАО «РЖД» по рекуперации. Челябинск, май 2012.].

Техническое решение по заявляемой полезной модели состоит в облегчении аварийного режима при внешнем коротком замыкании, что сопровождается отключением быстродействующего контактора.

Этот эффект достигается за счет того, что выходы статического преобразователя и силовые контакты быстродействующего контактора соединены последовательно и эта цепочка подключена параллельно обмоткам возбуждения.

Существо предлагаемой полезной модели представлено на чертеже на примере одной параллельной цепи тяговых двигателей электровоза (группировка П). Предложенное устройство содержит тяговые электродвигатели с якорными обмотками 1-2 и обмотками возбуждения 3-4, которые соединены последовательно и подключены к токоприемнику 5 и через блокирующий диод 6 к заземляющему устройству 7 электровоза. В эту цепь включены также силовые контакты быстродействующего выключателя 8. Обмотки возбуждения 3-4 шунтированы резистором 9, в цепь которого включен диод 10.

Для питания обмоток возбуждения 3-4 предусмотрен статический преобразователь СП, содержащий два звена - входное (сетевое) 11 и выходное 12. Звено 11 выполнено как автономный инвертор, а звено 12 - как выпрямитель на тиристорах 13-14 с обратным диодом 15. На входе звена 12 предусмотрен разделительный трансформатор 16. От выхода 17 звена 11 получают питание другие звенья, аналогичные звену 12 и обеспечивающие независимое возбуждение двигателей в других параллельных цепях.

Выпрямитель 13-14 посредством быстродействующего контактора 18 подключен параллельно обмоткам возбуждения 3-4. Для управления тиристорами 13-14 и контактором 18 предусмотрены блоки управления, которые не показаны на фиг. 1

Устройство работает следующим образом. При движении электровоза на выбеге включены БВ и БК (8 и 18 соответственно). Путем управления тиристорами 13-14 постепенно увеличивают напряжение U_в, приложенное к обмоткам 3-4. При этом увеличивается ток I_в и соответственно магнитный поток Ф; пропорционально ему возрастает электродвижущая сила E и при 2E>(U-U_в ) протекает ток рекуперации I_р, величину которого регулируют углом включения тиристоров Т13-Т14, кА это принято в управляемых выпрямителях [Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи. М: Транспорт, 1999.]. Диод 15 выполняет функции буферного вентиля, сглаживая пульсации тока I_в.

В аварийном режиме при возникновении внешнего короткого замыкания 19 отключается БК18. При этом имеем U0 и напряжение 2E будет приложено к цепи обмоток возбуждения 13-14 и к параллельному резистору 9. Это приводит к быстрому гашению тока I_в и к размагничиванию тяговых двигателей. Таким образом, защита от КЗ обеспечивается.

При отключении БК18 происходит разрыв цепи нагрузки преобразователя 12 без его короткого замыкания. Это является существенным преимуществом заявленного устройства по сравнению с прототипом. При этом процесс дугогашения в БК при его отключении не ухудшается. Исключение дополнительного бесконтактного элемента, имеющегося в прототипе, существенно повышает надежность устройства по заявленной полезной модели.

Устройство для рекуперативного торможения электровоза постоянного тока, содержащее тяговые электродвигатели постоянного тока, якорные обмотки и обмотки возбуждения, при этом эти обмотки соединены последовательно и подключены к токоприемнику и к заземляющему устройству, кроме того статический преобразователь с системой автоматического регулирования, входы которого также подключены к токоприемнику и заземляющему устройству, и быстродействующий контактор, отличающееся тем, что выходы статического преобразователя и силовые контакты быстродействующего контактора соединены последовательно, причем эта цепочка подключена параллельно обмоткам возбуждения.

РИСУНКИ