ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ЭЛЕКТРОВОЗА Российский патент 1995 года по МПК B60L7/22 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано на электровозах постоянного тока для регулирования тягового электропривода на базе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Известен тяговый электропривод электровоза на базе тяговых асинхронных двигателей, подключенных обмотками к автономному инвертору тока, который подключен через первый и второй импульсный прерыватели и входной индуктивно-емкостный фильтр к контактной сети постоянного тока.

Недостатком тягового электропривода является повышенный уровень пульсаций напряжения на выходе импульсных прерывателей, высокий уровень напряжения на полупроводниковых приборах импульсных прерывателей, а следовательно, необходимость включения большого количества последовательно соединенных тиристоров и диодов, что снижает надежность и увеличивает потери энергии в приводе.

В качестве прототипа принят тяговый электропривод электровоза, содержащий тяговые асинхронные двигатели, подключенные обмотками к выходам двух инверторов тока, соединенных последовательно посредством контактора, два импульсных прерывателя, входы которых через индуктивно-емкостной фильтр с двумя последовательно включенными конденсаторами подключены к контактной сети постоянного тока, а выходы через соответствующие реакторы к входам инверторов тока, два обратных диода, включенных последовательно между выходными выводами импульсных прерывателей и соединенных общим выводом с общим выводом конденсаторов фильтра, два дополнительных диода, включенных между соответствующими выводами контактора и входными выводами соответствующих импульсных прерывателей, и тормозные резисторы.

Недостаток прототипа - подключение тормозных резисторов параллельно каждому инвертору усложняет схему и не позволяет равномерно нагрузить асинхронные тяговые двигатели в режиме торможения и может приводить к срыву процесса торможения, что снижает надежность привода в целом.

Цель изобретения - повышение надежности и упрощение схемы тягового электропривода.

Цель достигается тем, что тормозной резистор включен параллельно контактору, соединяющему указанные инверторы последовательно.

На чертеже изображена принципиальная схема тягового электропривода электровоза.

Тяговый электропривод электровоза содержит тяговые асинхронные электродвигатели 1, подключенные обмотками к выходам инверторов тока 2 и 3, соединенных последовательно посредством контактора 4, два импульсных прерывателя 5 и 6, входы которых через индуктивно-емкостной фильтр 7 с двумя последовательно включенными конденсаторами 8 и 9 и реактором 10 подключены к контактной сети постоянного тока 11 посредством токоприемника 12, а выходы через реакторы 13 и 14 - к входам инверторов 2 и 3, два обратных диода 15 и 16, включенных последовательно между выходными выводами импульсных прерывателей 5 и 6 и соединенных общим выводом с общим выводом конденсаторов 8 и 9 фильтра 7, два дополнительных диода 17 и 18, включенных между выводами контактора 4 и входными выводами импульсных прерывателей 5 и 6, и тормозной резистор 19, включенный параллельно контактору 4.

Устройство работает следующим образом.

В режиме тяги контактор 4 замкнут. Напряжение контактной сети 11 через токоприемник 12 и реактор 10 подается на конденсаторы 8 и 9 фильтра 7, которые заряжаются до напряжения, равного половине напряжения в контактной сети. При поочередном включении импульсных прерывателей 5 и 6, работающих со сдвигом, равным половине периода импульсного цикла, и регулируемой длительностью включенного их состояния, напряжение на выходе имеет форму прямоугольных импульсов и среднее значение которого определяется длительностью включенного состояния прерывателей. Это напряжение прикладывается к нагрузке и вызывает протекание тока по цепи: реактор 13, инвертор 2 и обмотки двигателя 1, контактор 4, инвертор 3 и обмотки двигателя 1, реактор 14 и далее. В зависимости от состояния прерывателей ток может протекать по нескольким цепям: прерыватели 5 и 6 включены - ток через включенные импульсные прерыватели 5 и 6 протекает через конденсаторы 8 и 9 фильтра 7 и частично через реактор 10, токоприемник 12 и контактную сеть 11; прерыватель 5 включен, а прерыватель 6 выключен - ток через прерыватель 5 и обратный диод 16 протекает через конденсатор 8 и частично через реактор 10, токоприемник 12, контактную сеть 11 и конденсатор 9; прерыватель 5 выключен, а прерыватель 6 включен - ток через прерыватель 6 и обратный диод 15 протекает через конденсатор 9 и частично через конденсатор 8, реактор 10, токоприемник 12 и контактную сеть 11; прерыватели 5 и 6 выключены - ток протекает через обратные диоды 15 и 16. Регулируя длительность включенного и выключенного состояния прерывателей 5 и 6, изменяют напряжение на выходе прерывателей и тем самым величину тока в асинхронных тяговых двигателях.

В режиме электрического торможения контактор 4 разомкнут. При этом возможно осуществление двух видов торможения: резисторного, при котором электрическая энергия, вырабатываемая тяговыми двигателями 1, гасится в тормозном резисторе 19, и резисторно-рекуперативного, при котором электрическая энергия, вырабатываемая тяговыми двигателями 1, частично гасится в резисторе 19, а частично через дополнительные диоды 17 и 18 передается в контактную сеть. При этом переход из режима резисторного в режим резисторно-рекуперативного торможения происходит автоматически без каких-либо дополнительных переключений.

При резисторном торможении и выключенных прерывателях 5 и 6 тормозной ток замыкается по цепи: инвертор 3, обмотки двигателя 1, реактор 14, диоды 16 и 15, реактор 13, инвертор 2, обмотки двигателя 1, тормозной резистор 19. При включенном одном прерывателе, например 7, тормозной ток протекает по цепи: инвертор 3, обмотки двигателя 1, реактор 14, диод 16, конденсатор 8, прерыватель 5, реактор 13, инвертор 2, обмотки двигателя 1, тормозной резистор 19. Дополнительно часть тормозного тока протекает по цепи, параллельной конденсатору 8, а именно: конденсатор 9, контактная сеть 11, токоприемник 12, реактор 10. При этом в реакторах 13 и 14 происходит накопление электромагнитной энергии, которая после выключения прерывателя 5 рассеивается в тормозном резисторе 19.

При резисторно-рекуперативном торможении, когда при протекании тормозного тока через резистор 19 напряжение на нем превышает напряжение в контактной сети, диоды 17 и 18 включаются и часть тормозного тока начинает протекать в контактную сеть по цепи: диод 18, инвертор 3, обмотки двигателя 1, реактор 14, диоды 16, 15, реактор 13, инвертор 2, обмотки двигателя 1, диод 17, реактор 10, токоприемник 12, контактная сеть 11.

Включая и выключая прерыватели 5 и 6, регулируют величину энергии, запасаемой в реакторах 13 и 14, и тем самым осуществляют регулирование тормозного тока и момента асинхронных двигателей. Поскольку при включении прерывателей 5 и 6 в режиме торможения подключаются тяговые двигатели к контактной сети, тормозной ток регулируется во всем диапазоне изменения скорости их вращения, практически до нулевой.

Технико-экономическая эффективность предложения заключается в следующем.

Подключение одного тормозного резистора параллельно контактору упрощает схему электропривода и сокращает количество тиристоров в схеме преобразователя, что снижает его стоимость на 1-2%. Использование одного тормозного резистора, через который протекает общий тормозной ток, обеспечивает устойчивое генераторное торможение всех тяговых двигателей электропривода, что повышает надежность режима торможения, а возможность осуществления режима торможения практически до нулевой скорости движения увеличивает его эффективность и позволяет дополнительно возвратить в контактную сеть до 10-15% электроэнергии.

Использование: в железнодорожном транспорте, в частности на электровозах постоянного тока с тяговым электроприводом на базе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Сущность изобретения: привод содержит асинхронные тяговые двигатели 1, инверторы 2 и 3, соединенные последовательно при помощи контактора 4, реакторы 5 и 6, импульсные прерыватели 7 и 8 с обратными диодами 15 и 16, подключенные через входной фильтр 9 к контактной сети 10, дополнительные диоды 17 и 18 и тормозной резистор 19. Последний подключен параллельно контактору 4, что обеспечивает устойчивое генераторное торможение всех тяговых двигателей. 1 ил.

ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ЭЛЕКТРОВОЗА, содержащий тяговые асинхронные электродвигатели, подключенные обмотками к выходам двух инверторов тока, соединенных последовательно посредством контактора, два импульсных прерывателя, входы которых через индуктивно-емкостный фильтр с двумя последовательно включенными конденсаторами подключены к контактной сети постоянного тока, а выходы через соответствующие реакторы - к входам инверторов тока, два обратных диода, включенных последовательно между выходными выводами импульсных прерывателей и соединенных общим выводом с общим выводом конденсаторов фильтра, два дополнительных диода, включенных между соответствующими выводами контактора и входными выводами соответствующих импульсных прерывателей, и тормозной резистор, отличающийся тем, что тормозной резистор включен параллельно контактору.