УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МАШИН ЭЛЕКТРОВОЗОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2001 года по МПК B60L1/00 B60L9/08 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано на электровозах, питающихся от контактной сети переменного тока 25 кВ 50 Гц.

Известно и широко применяется устройство электропитания вспомогательных машин, в качестве которых использованы трехфазные асинхронные электродвигатели, содержащее фазорасщепитель, включенный между обмотками главного трансформатора, предназначенного для питания собственных нужд электровоза, и выводами обмоток указанных асинхронных электродвигателей [1].

Недостаток этого устройства состоит в том, что не обеспечивается регулирование скорости вращения вспомогательных машин, что необходимо, например, для регулирования производительности мотор-вентиляторов, охлаждающих тяговые электродвигатели, выпрямители и т.д.

Этот недостаток частично устранен в устройстве, содержащем непосредственный преобразователь частоты на тиристорах, выполненных по схеме однофазно-трехфазного преобразования, и обеспечивающий снижение частоты входного напряжения 50 Гц в три раза, т.е. до 16 2/3 Гц [2].

Недостаток этого устройства связан со сложностью его практической реализации, потому что преобразователь содержит 12 тиристорных плеч и, кроме того, сохраняется фазорасщецитель, что необходимо для обеспечения номинальной скорости мотор-вентиляторов. Дополнительным недостатком схемы является необходимость иметь низкое напряжение, порядка 50-80 В, чтобы сохранить магнитный поток двигателя на допустимом уровне. На обмотке собственных нужд такого напряжения нет, поэтому в [3] используется дополнительный понижающий трансформатор.

В качестве прототипа принято устройство для электропитания и регулирования вспомогательных машин электровоза переменного тока, содержащее фазорасщепитель и преобразователь частоты, включенные между обмоткой силового электровозного трансформатора, предназначенной для питания собственных нужд электровоза, и асинхронными электродвигателями в приводах вспомогательных машин [3].

Недостаток прототипа связан со сложностью его реализации по причине большого числа тиристоров в преобразователе и частично с сильным искажением напряжения на асинхронных электродвигателях при питании их непосредственно от преобразователя частоты.

Цель изобретения - исключение этого недостатка, т.е. упрощение устройства и улучшение условий электропитания асинхронных электродвигателей в режиме пониженной скорости.

Эта цель в предложенном устройстве достигается за счет того, что преобразователь частоты выполнен с однофазным выходным напряжением и включен на входе фазорасщепителя.

Существо предложения иллюстрируется на конкретном примере его исполнения для электровоза 25 кВ 50 Гц, представленном на чертеже, где:
- фиг. 1 - структурная схема устройства;
- фиг. 2 - диаграмма напряжений на входе фазорасщепителя в режимах 50 и 25 Гц;
- фиг. 3 - принципиальная электрическая схема устройства с преобразователем 50/25 Гц.

Предложенное устройство (фиг.1) подключено к обмотке собственных нужд на силовом электровозном трансформаторе, которая условно показана на фиг. 1 как источник однофазного переменного напряжения U ~ (обычно 220 или 380 В при частоте 50 Гц). Устройство содержит статический преобразователь частоты 1, выполненный на тиристорах по наиболее простой схеме непосредственного преобразования, и вращающийся фазорасщепитель 2 (такие фазорасщепители широко используют на всех электровозах переменного тока). На входе-выходе преобразователя 1 предусмотрены контактные переключатели 3 и 4, которые позволяют менять режим питания асинхронных электродвигателей 5-6 в приводах вспомогательных машин, например мотор-вентиляторов электровоза.

Устройство работает следующим образом.

Питающее напряжение U ~ имеет синосоидальную форму 50 Гц согласно фиг. 2а.

В режиме номинальной производительности асинхронных машин 5-6 переключатели 3-4 включены согласно верхней строке таблицы на фиг. 1. При этом преобразователь 1 исключен из цепи и фазорасщепитель 2 питается напряжением 50 Гц сразу от источника U ~ (фиг. 2а) и дает на выходе трехфазное напряжение с такой же частотой 50 Гц.

В режиме пониженной производительности асинхронных машин 5-6 переключатели 3-4 включены согласно нижней строке таблицы на фиг. 1; преобразователь 1 включен на входе фазорасщепителя 2 и на этот вход поступает напряжение 25 Гц согласно фиг. 2б с основной гармоникой, которая показана штриховой линией. Это напряжение сглаживается фазорасщепителем до уровня, примерно соответствующего указанной основной гармонике 25 Гц, и сдвигается по фазе, так что на двигатели 5-6 поступает симметричное трехфазное синусоидальное напряжение 25 Гц с уменьшенной примерно вдвое величиной по сравнению с режимом 50 Гц, что необходимо по принципу частотного регулирования асинхронного электродвигателя согласно закону академика М.П. Костенко [4].

На фиг. 3 показана принципиальная электрическая схема устройства, где преобразователь 1 выполнен по схеме непосредственного преобразования на тиристорах 7-14 с блоком управления БУ, причем положительная полуволна напряжения 25 Гц (промежуток времени t=0-0,02c по фиг. 2а) формируется тиристорами 7-10, а отрицательная полуволна напряжения 25 Гц (промежуток времени t= 0,02-0,04c по фиг. 2а) формируется тиристорами 11-14. Здесь используется простейший циклон-верторный преобразователь однофазно-однофазого типа с поочередным циклическим включением тиристоров. Эта очередность указана на фиг. 2б. На фиг. 3 показана также обмотка 15 питания собственных нужд (СН), которая предусмотрена как отдельная секция вторичной обмотки силового трансформатора 16 электровоза.

Достоинство предложенного устройства заключается в том, что простыми средствами обеспечивается возможность ступени пониженной производительности мотор-вентиляторов, приводимых от двигателей 5-6. При этом частота питания снижается в 2 раза, а производительность вентилятора - примерно в 4 раза. Благодаря сохранению фазорасщепителя в системе питания обеспечивается хорошая форма выходного 3-х фазного напряжения, близкая к синусоидальной. Кроме того, на обмотке собственных нужд трансформатора имеется напряжение 230 В, необходимое для подачи на вход напряжения. Данное предложение целесообразно для внедрения на электровозах переменного тока, в том числе на эксплуатируемых электровозах ВЛ60К, ВЛ80К, ВЛ80Т, ВЛ80С, ВЛ80Р, ВЛ85, где нет ступени пониженной производительности мотор-вентилиторов. Это обеспечит экономию расхода электроэнергии в системе собственных нужд электровоза не менее 35-40%, а на тягу поездов на 5-7%.

Источники информации
1. Некрасов 0.А. Вспомогательные машины ЭПС переменного тока. М., Транспорт, 1967, с. 119-123, рис.43.

2. Некрасов О.А. и др. Регулирование производительности вентиляторов на электровозах переменного тока. Труды ЦНИИ МПС, 1974, вып. 514, с. 10-20.

3. Завалко В.А., Чернохлебов В.Е. Преобразователь частоты для мотор-вентиляторов электровозов переменного тока. Сб. "Электровозостроение", Новочеркасск, ВЭлНИИ, вып. 25, 1984, с. 135-140, рис.1.

Устройство для электропитания и регулирования вспомогательных машин электровозов переменного тока содержит асинхронные короткозамкнутые электродвигатели с питанием от обмотки собственных нужд силового трансформатора через фазорасщепитель. В предложенном устройстве предусмотрена возможность переключения машин на пониженную скорость с питанием их через дополнительный непосредственный преобразователь частоты на тиристорах. Этот преобразователь частоты выполнен с возможностью подключения своим выходом ко входу вращающегося фазорасщепителя, подающего питающее напряжение на электродвигатели приводов вспомогательных машин. Устройство просто по схеме выполнения и обеспечивает режим пониженной производительности указанных вспомогательных машин. 3 ил.

Устройство для электропитания и регулирования вспомогательных электродвигателей электровоза переменного тока, содержащее фазорасщепитель и преобразователь частоты, предназначенные для питания вспомогательных электродвигателей, отличающееся тем, что оно выполнено с подключаемым к обмотке собственных нужд силового трансформатора управляемым однофазным преобразователем частоты, подключаемым ко входу вращающегося фазорасщепителя, подающего на указанные электродвигатели питающее напряжение.