Система автоматизированного регулирования частоты вращения вентилятора электровоза переменного тока Российский патент 2024 года по МПК B60L1/00 B60K25/00 H02P21/02 

Изобретение относится к системам управления и регулирования на подвижном составе и предназначено, в частности, для регулирования частоты вращения вентиляторов с приводными трехфазными асинхронными электродвигателями на электровозах переменного тока.

Известно устройство для регулирования частоты вращения вентиляторов, содержащее обмотку собственных нужд с концевыми и промежуточными выводами, тиристорный преобразователь частоты, блок управления, соединенный своими выходами с управляющими входами тиристоров, и асинхронный электродвигатель привода вентилятора (Рутштейн A.M., Щупак А.А., Бабин А.А. Опытный электровоз ВЛ85. - журнал "Электрическая и тепловая тяга", №1, 1991 г., с. 38-40). При работе вентилятора на номинальной частоте вращения питания асинхронного двигателя осуществляется от выводов обмотки собственных нужд трансформатора. Питание двигателя при пониженной частоте (16 Гц) обеспечивается от тиристорного преобразователя частоты. Переключение двигателя привода вентилятора с номинальной частоты вращения на пониженную и обратно осуществляется блоком управления в зависимости от токовой нагрузки электрического оборудования электровоза.

Недостатком данного устройства является отсутствие контроля температуры основного электрооборудования, в составе тягового двигателя, сглаживающего реактора, выпрямительной установки. Известно по опыту эксплуатации, что объем охлаждающего воздуха, поступающего к элементам схемы тяги электровоза зависит от производительности вентиляторов и целостности конструкции воздуховодов. Последние с течением времени могут подвергаться разрушению, что ведет к снижению эффективности охлаждения электрооборудования.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является система автоматизированного управления вентиляторами, защищенная патентом на изобретение №2295461 от 9.09.2005 (опубл. 20.03.2007).

Это устройство регулирует расход охлаждающего воздуха изменением частоты вращения приводных двигателей вентиляторов в зависимости от теплового состояния силового оборудования электровоза и расхода охлаждающего воздуха.

Оно включает объект регулирования - асинхронные трехфазные двигатели привода вентиляторов, подключенные через блоки контакторов к обмотке собственных нужд силового трансформатора электровоза или к выходу тиристорного преобразователя частоты в зависимости от режима работы системы вентиляции. Оно содержит также датчик тока тягового двигателя, включенный в якорную цепь, датчик вентиляции, расположенный в канале воздуховода системы вентиляции и датчик температуры, закрепленный на шинопроводе сглаживающего реактора. Все датчики подключены своими выходами ко входу микропроцессора управления. К микропроцессору также подключен задатчик уставки переключения на номинальную или низкую частоту вращения вентиляторов. Выходы микропроцессора подключены к первому и второму блокам контакторов и к преобразователю частоты. Микропроцессор управления контролирует выходные сигналы датчиков тока якоря и вентиляции с заданными уставками и обеспечивает переключение режимов работы вентиляторов с номинальной частоты вращения на пониженную и наоборот. Режим переключения источников питания приводного двигателя вентилятора с номинальной частоты питающего напряжения на пониженную частоту сопровождается, как правило, значительным скачком тока переходного режима, вызванного суммированием напряжений на обмотках отключенного вращающегося электродвигателя вентилятора и подключаемого тиристорного преобразователя. Это негативное явление вызывает излишнее срабатывание защит в цепях двигателей вентиляторов, увеличенную токовую нагрузку на тиристорный преобразователь и обмотки двигателя вентилятора.

Задачей изобретения является повышение надежности функционирования привода управляемой принудительной вентиляции основного электрооборудования электровоза и как результат повышение надежности вспомогательного электропривода транспортных средств с электротягой.

Указанная задача решается тем, что система автоматизированного регулирования частоты вращения вентилятора электровоза переменного тока, содержащая тяговый двигатель постоянного тока, в якорную цепь которого включен сглаживающий реактор, вентилятор, датчик тока, включенный в цепь тока якоря тягового двигателя, датчик вентиляции, расположенный в воздуховоде вентилятора, первый блок контакторов, подключенный к обмотке собственных нужд силового трансформатора электровоза и к обмоткам асинхронного двигателя вентилятора, а также к одному из выходов микропроцессора управления, второй блок контакторов, подключенный входами на второй выход микропроцессора управления и на выход тиристорного преобразователя, а своим выходом - к обмоткам приводного двигателя вентилятора, и подключенные ко входам микропроцессора управления датчик вентиляции, задатчик режима и датчик температуры с узлом гальванической развязки, установленный на шине сглаживающего реактора, в отличие от прототипа система дополнительно снабжена датчиком напряжения, подключенным своим входом к обмоткам приводного двигателя вентилятора, а выходом через узел гальванической развязки с одним из входов микропроцессора управления.

Таким образом, в систему введен дополнительный узел контроля напряжения на обмотках приводного двигателя вентилятора, что позволяет микропроцессору управления подать команду на переключение питания двигателя вентилятора с номинального напряжения частотой 50 Гц на напряжение пониженной частоты 16 % Гц только при совпадении напряжений в фазах, поступающих от тиристорного преобразователя частоты и ЭДС самогенерации на обмотках приводного двигателя вентилятора после его отключения.

При отключении двигателей в процессе выбега их ЭДС исчезает не сразу, а затухает по экспоненте с постоянной времени, зависящей от параметров двигателей; при этом вследствие торможения меняется и фаза ЭДС. После несинхронизированного подключения, напряжение тиристорного преобразователя частоты сети может оказаться в "противофазе" к ЭДС двигателя вентилятора и тогда тиристоры и обмотка статора двигателя окажется под воздействием суммарного напряжения (напряжение тиристорного преобразователя и ЭДС двигателя), что приведет к соответственному росту тока в цепи тиристоров и обмоток двигателя. Это также может приводить к ложному срабатыванию защит данного электрооборудования.

На чертеже представлена функциональная схема заявляемого устройства.

Система автоматизированного регулирования частоты вращения вентилятора электровоза переменного тока содержит тяговый двигатель 1, в якорную цепь которого включены сглаживающий реактор 2 и датчик тока 3, обмотку собственных нужд 4 силового трансформатора, подключаемую через первый блок контакторов 5 к обмоткам приводного (асинхронного) двигателя вентилятора 6, датчик вентиляции 7, расположенный в воздуховодах вентилятора и подключенный выходом на один из входов микропроцессора управления 8, датчик температуры 9, закрепленный на шине сглаживающего реактора 2 и подключенный через первый узел гальванической развязки 10 к другому входу микропроцессора управления, тиристорный преобразователь частоты 11, выход которого подключен через второй блок контакторов 12 на обмотки приводного двигателя вентилятора 6, задатчик уставки 13, подключенный на один из входов микропроцессора управления, подключенного к выходу датчика тока 3 и к входам тиристорного преобразователя частоты 11 и второго блока контакторов 12, датчик напряжения 14, подключенный входом к обмоткам двигателя вентилятора, а выходом через второй узел гальванической развязки 15 - к одному из входов микропроцессора управления 8. Система работает следующим образом.

В зависимости от теплового состояния силового оборудования электровоза - тягового двигателя 1 и сглаживающего реактора 2, а также от наличия определенного потока охлаждающего воздуха в воздуховодах вентилятора система регулирует расход охлаждающего воздуха изменением частоты вращения приводного двигателя вентилятора. Предусмотрено две ступени расхода воздуха: номинальный и низкий. Этому соответствует номинальная и низкая частоты вращения вентилятора. Система управления обеспечивает переключение режимов питания электродвигателя вентилятора без увеличения пусковых токов и, следовательно, динамических усилий в обмотках и цепях тиристорного преобразователя частоты при переключении из одного режима питания в другой. Исключается включение питающего напряжения в момент его противофазы с ЭДС самогенерации обмоток двигателя вентилятора.

Функционирование системы управления осуществляется следующим образом. Микропроцессор управления 8 контролирует сигналы с датчиков тока якоря 3, датчика температуры 9 и датчика вентиляции 7 с величинами уставок задатчика 13 и определяет требуемый режим работы вентиляторов. При этом если ни один из трех сигналов, приходящих с датчиков тока якоря 3, температуры реактора 9 и вентиляции 7, не превышает уставки, микропроцессор управления 8 выдает команду на подключение с помощью первого блока контакторов 5 к обмоткам приводного двигателя вентилятора 6 тиристорного преобразователя частоты 11. Переключение осуществляется с использованием сигнала, поступающего в микропроцессор от датчика напряжения. Коммутация второго блока контакторов происходит при совпадении частоты ЭДС самогенерации двигателя вентилятора и напряжения тиристорного преобразователя частоты. Таким образом, реализуется режим пониженной частоты вращения вентиляторов. В случае если по одному из указанных каналов приходит сигнал, превышающий уровень сигнала уставки, микропроцессор управления отключает с помощью второго блока контакторов 12 питание приводного двигателя вентилятора 6 от тиристорного преобразователя частоты 11 и подключает с помощью первого блока контакторов 5 обмотку собственных нужд 4 силового трансформатора к обмоткам приводного двигателя вентилятора 6.

Микропроцессор управления 8, управляя тиристорами преобразователя частоты 11, позволяет сформировать переменное трехфазное напряжение с частотой в три раза меньшей, чем частота напряжения питающей сети. То есть, при частоте напряжения питающей сети 50 Гц можно получить напряжение на выходе преобразователя с частотой, равной 50/3=16 Гц, чему соответствует пониженная частота вращения приводного двигателя вентилятора. При работе приводного двигателя на пониженной частоте вращения производительность вентилятора снижается в три раза, а мощность приводного двигателя уменьшается в двадцать семь раз, что обеспечивает пониженное потребление электроэнергии на собственные нужды электровоза.

Таким образом, техническим результатом введения в состав системы датчика контроля напряжения на обмотках приводного двигателя вентилятора является возможность переключения режимов работы вентилятора без значительных пусковых токов, а, следовательно, динамических усилий и токовых нагрузок на элементы тиристорного преобразователя частоты, что в целом повышает надежность и эффективность функционирования схемы регулируемого привода системы вентиляции электровоза.

Изобретение относится к подаче электроэнергии к вспомогательному оборудованию транспортных средств. Система автоматизированного регулирования частоты вращения вентилятора электровоза переменного тока с тяговым двигателем постоянного тока, в якорную цепь которого включен сглаживающий реактор, содержит датчик тока, включенный в цепь тока якоря тягового двигателя, первый блок контакторов, подключенный к обмотке собственных нужд силового трансформатора электровоза и к обмоткам приводного двигателя вентилятора, а также к одному из выходов микропроцессора управления, второй блок контакторов, подключенный входами на второй выход микропроцессора управления и на выход тиристорного преобразователя, а своим выходом – к обмоткам приводного двигателя вентилятора. Заявленная система также содержит датчик вентиляции, расположенный в воздуховоде вентилятора, датчик температуры с модулем гальванической развязки, установленный на шине сглаживающего реактора, и задатчик уставки, соединенные с микропроцессором управления, датчик напряжения, подключенный своим входом к обмоткам приводного двигателя вентилятора, а выходом через узел гальванической развязки с одним из входов микропроцессора управления. Технический результат заключается в повышении энергетической эффективности и надежности вспомогательного электропривода. 1 ил.

Система автоматизированного регулирования частоты вращения вентилятора электровоза переменного тока с тяговым двигателем постоянного тока, в якорную цепь которого включен сглаживающий реактор, содержащая датчик тока, включенный в цепь тока якоря тягового двигателя, первый блок контакторов, подключенный к обмотке собственных нужд силового трансформатора электровоза и к обмоткам приводного двигателя вентилятора, а также к одному из выходов микропроцессора управления, второй блок контакторов, подключенный входами на второй выход микропроцессора управления и на выход тиристорного преобразователя, а своим выходом - к обмоткам приводного двигателя вентилятора, датчик вентиляции, расположенный в воздуховоде вентилятора, датчик температуры с модулем гальванической развязки, установленный на шине сглаживающего реактора, и задатчик уставки, соединенные с микропроцессором управления, отличающаяся тем, что она снабжена датчиком напряжения, подключенным своим входом к обмоткам приводного двигателя вентилятора, а выходом через узел гальванической развязки с одним из входов микропроцессора управления.