Устройство для охлаждения тяговых двигателей, питающихся через выпрямитель от четырехпроводной трехфазной сети Советский патент 1993 года по МПК B60K11/06 

Изобретение относится к охлаждению силового оборудования транспортных средств, имеющих тяговый электропривод переменно-постоянного тока (тепловозы, большегрузные автомобили, электровозы) и может быть отнесено к подклассу транспортных средств.

Известны устройства регулирования охлаждения транспортных средств, содержащие нагнетательные устройства, воздуховоды и теплообменники. Известны также устройства, включающие электропривод переменно-постоянного тока с системами охлаждения силового оборудования.

Общим недостатком этих устройств является невозможность полезного использования избытка энергии, затрачиваемой нагнетательными устройствами на охлаждение транспортного средства.

Прототипом является устройство регулирования охлаждения транспортного средства с электроприводом, используемое в тепловозе SD60 фирмы General Motors США, содержащее асинхронные мотор-вентиляторы и систему управления ими, воздуховоды, теплообменники.

Недостаток прототипа заключается в следующем. Устройство включает три двух- скоростных асинхронных мотор-вентилятора, т.е. регулирование подачи воздуха и, следовательно, охлаждение, возможно только ступенчатое. При этом, поскольку превышение температуры оборудования сверх допустимой крайне нежелательно, в большинстве режимов работы тепловоза имеет место некоторое переохлаждение силового оборудования, чем обусловлен опре- деленный перерасход энергии на охлаждение, избыток которой теряется безXI00

N со

ю

возвратно, кроме того, для некоторых агрегатов, например, для дизеля, переохлаждение неполезно.

Целью изобретения является увеличение эффективности охлаждения с обеспечение повышенного КПД тяговых двигателей.

Это достигается тем, что в устройство для охлаждения тяговых двигателей, питающихся через выпрямитель от четырехпро- водной трехфазной сети, содержащее асинхронный мотор-вентилятор, связанный воздуховодами с теплообменниками и подключенный статорной обмоткой к блоку управления, введены вспомогательный выпрямитель, нагрузочные резисторы и контактор с замыкающими контактами, а асинхронный мотор-вентилятор выполнен с фазным ротором, причем вход вспомогательного выпрямителя соединен с включен- ными в звезду обмотками ротора асинхронного мотор-вентилятора, а выход - с выводами для подключения нулевого провода и одного из выходных полюсов силового выпрямителя, катушка контактора включена между выводами двух статорных обмоток асинхронного мотор-вентилятора, а его замыкающие контакты - между выводами обмоток ротора последнего, соединенными с первыми выводами нагрузочных резисторов, вторые выводы которых объединены между собой.

Приведенное сочетание существующих признаков в аналогах не обнаружено.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства, там же приведена схема электропривода переменно-постоянного тока тепловоза; на фиг. 2 - вольтамперная характеристика электропривода.

Трехфазная четырехпроводная сеть 1, питаемая, например, от тягового генератора (на фиг. 1 не показан) или внешнего источника, подключена к силовому выпрямителю 2, который питает тяговые двигатели 3 постоянного тока. Устройство 4 для охлаждения включает асинхронный мотор-вентилятор 5, состоящий из статора 6, фазного ротора 7 и механически соединенных с ротором 7 лопастей 8, воздуховоды 9 и теплообменники 10, осуществляющие отвод тепла от охлаждаемых агрегатов. Обмотки статора 6 подключены к блоку управления 11 асинхронным мотор-вентилятором 5, на линейное напряжение обмоток статора 6 включена катушка 12 контактора, замыкающие контакты 13 и 14 которого подключены к линейным выводам обмоток ротора 7, к ним же подключены вспомогательный выпрямитель 15 и одни выводы нагрузочных резисторов 16, другие

выводы которых объединены. Один из полюсов постоянного тока вспомогательного выпрямителя 15 соединены с одноименным полюсом силового выпрямителя 2, второй - 5 с нулевым проводом трехфазной сети 1.

Вольтамперная характеристика электропривода тепловоза, показанная на фиг. 2. включает следующие участки:

а) вертикальный участок 17 - ток приво- 0 да максимальный, напряжение изменяется от нуля до некоторого минимального значения - режим развития максимальной тяги при малой или нулевой скорости движения - режим трогания, первоначального набора 5 скорости или движения на подъем;

б) горизонтальный участок 18 - ток минимальный до нулевого, напряжение максимальное - режим минимальной тяги при большой скорости движения - движение 0 под уклон, переход к торможению;

в) гиперболический участок 19 - ток и напряжение принимают промежуточные между максимальным и минимальным значения - все остальные режимы работы.

5 Устройство работает следующим образом,

При работе электропривода на участке 17 и высокой +20, +40 С температуре окружающего транспортное средство воздуха

0 необходима максимальная подача охлаждающего воздуха в теплообменники 10. В этом режиме блок управления 11 подает максимальное напряжение на статор 6 асинхронного мотор-вентилятора 5, то к катушки 12,

5 проходящий под действием этого напряжения, достаточен для срабатывания контактора и происходит замыкание контактов 13 и 14. При этом асинхронный мотор-венгиля- тор 5 работает как двигатель с короткозам0 кнутым ротором и жесткой механической характеристикой, т.е. с минимальным скольжением и максимальной скоростью, обеспечивая максимальную подачу охлаждающего воздуха в теплообменники 10.

5При переходе электропривода на участок 19, т.е. понижении тягового момента, или работе транспортного средства при низкой температуре окружающего воздуха для охлаждения достаточна меньшая пода0 ча воздуха. В этом случае блок управления 11 понижает напряжение на статоре б снижается ток катушки 12 контактора и размыкаются контакты 13 и 14, Переменное

5 напряжение фазных обмоток ротора 7 поступает на вспомогательный выпрямитель 15 и через него в трехфазную четырехпро- водную сеть 1 и на силовой выпрямитель 2. При этом в трехфазном напряжении сети 1 появляется нулевая составляющая, повышающая амплитуду первой гармоники напряжения и, следовательно, выходное напряжение силового выпрямителя 2.

Т.о. часть мощности фазного ротора 7 расходуется на повышение напряжения, и соответственно мощности питания тяговых двигателей 3. Как известно электромагнитная мощность асинхронно мотор-вентилятора 5, как всякого асинхронного двигателя, складывается из механической мощности двигателя и мощности электрических потерь в цепях обмотки ротора, последняя равна произведению электромагнитной мощности на скольжение. В данном случае потери электрической мощности в цепях обмотки ротора 7 складываются из потерь на нагрев проводников ротора 7 и связанных с ним цепей, а также мощности, переданной в трехфазную сеть 1. Следовательно, чем большая мощность передается из обмоток ротора 7 в трехфазную сеть 1, тем больше скольжение и меньше скорость асинхронного мотор-вентилятора 5.

Чем меньший ток потребляет тяговые двигатели 3, тем меньше выделение тепла двигателя 3, которое в большей части пропорционально квадрату тока, и снижается необходимость в охлаждающем воздухе. С другой стороны, уменьшение тока тяговых двигателей 3 приводит к практически пропорциональному повышению напряжения на них в соответствии с гиперболическим характером участка 19. Соответственно возрастает мощность, отдаваемая асинхронным мотор-вентилятором 5 в трехфазную сеть 1, и следовательно, его скольжение.

Поскольку с ростом скольжения линейно снижается скорость асинхронного мотор-вентилятора, а подача воздуха приближенно пропорциональна второй степени скорости вентилятора, то характеристика устройства регулирования охлаждения 4 хорошо согласуется с характеристиками охлаждаемых агрегатов.

Это способствует повышению точности регулирования, что приводит к повышению КПД транспортного средства не только за счет возврата части мощности, затраченной на охлаждение, в сеть, но и снижения мощности охлаждения путем повышения точности поддержания нужной температуры агрегатов.

При работе на участке 18 из-за малого значения тока, потребляемого тяговыми

двигателями 3, и большого напряжения отдача мощности из ротора 7 в трехфазную четырехпроводную сеть 1 практически прекращается и ток обмоток ротора 7 происходит по нагрузочным резисторам 16.

сопротивления которых выбраны из условия обеспечения подачи минимального количества воздуха, необходимого для охлаждения в этом режиме.

Асинхронный мотор-вентилятор 5 работает как обычный асинхронный двигатель с резисторами в цепи ротора.

Предложенное устройство позволяет в сравнении с прототипом повысить КПД транспортного средства на 0,5-2% зз счет

рекуперации энергии в его сеть.

Формула изобретения Устройство для охлаждения тяговых двигателей, питающихся через выпрямитель от четырехпроводной трехфазной сети, содержащее асинхронный мотор-вентилятор, связанный воздуховодом с теплообменниками и подключенный статорной обмоткой к блоку управления, отличающееся тем,

что, с целью повышения эффективности охлаждения с обеспечением повышенного КПД тяговых двигателей, в него введены вспомогательный выпрямитель, нагрузочные резисторы и контактор с замыкающими

контактами, а асинхронный мотор-вентилятор выполнен с фазным ротором, причем вход вспомогательного выпрямителя соединен с включенными в звезду обмотками ротора асинхронного мотор-вентилятора, а выход-с

выводами для подключения нулевого провода и одного из выходных полюсов силового выпрямителя, катушка контактора включена между выводами двух статорных обмоток асинхронного мотор-вентилятора, а его замыкающие контакты - между выводами обмоток ротора последнего, соединенными с первыми выводами нагрузочных резисторов, вторые выводы которых объединены между собой.

Использование: транспортные средства с электроприводом переменно-постоянного стока. Сущность изобретения: устройство содержит блок управления, асинхронный мотор-вентилятор (АМВ) с фазным ротором (ФР), выпрямитель и нагрузочные резисторы, подключенные к обмоткам ФР, а также контактор. При максимальной тяге контактор закорачивает обмотки ФР и АМВ обеспечивает максимальную подачу охлаждающего воздуха. В режиме регулирования напряжение обмоток ФР поступает на выпрямитель и через него в цепь переменного тока электропривода. Этим часть мощности АМВ возвращается в энергосистему транспортного средства. При минимальной тяге ток обмоток ФР проходит по нагрузочным резисторам, обеспечивая минимум скорости АМВ и подачи охлаждающего воздуха. 2 ил. СП С