СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА Советский патент 1969 года по МПК B60L9/04 H02M5/22 

Изобретение относится к области йлектроподвижного состава с использованием статических преобразователей, обеспечивающих режим тяги и рекуперативного торможения.

Известны схемы электроподвижного состава постоянного тока, содержащие группу тяговых двигателей, статический бестрансформаторный преобразователь тока, состоящий из параллельно соединенных импульсных преобразователей, выполненных в виде последовательно соединенных цепочек из дросселя и тиристора, коммутирующих конденсаторов и неуправляемых вентилей. Но в известной схеме затруднено равномерное распределение нагрузок последовательно соединенными вентилями, она не обеспечивает работы в режиме рекуперации.

Предлагаемое устройство позволяет устранить эти недостатки. Это достигается тем, что каждый коммутирующий конденсатор статического бестрансформаторного преобразователя своей одной обкладкой подключен к общей положительной щине, а другой - к катоду тиристора, а тяговые двигатели подключены к статическому преобразователю через коммутирующие элементы. При последовательном соединении нескольких тиристоров, коммутирующий конденсатор делится на число, соответствующее числу тиристоров, и каждая часть

2

подключается параллельно цепочке тиристор- дроссель.

На фиг. 1 дана схема электровоза постоянного тока с п последовательно соединенными

тиристорами импульсных преобразователей; на фиг. 2 - то же, для режима рекуперации; на фиг. 3 - линейная диаграмма работы устройства по схеме фиг. 1; на фиг. 4 - то же, для устройства, показанного на фиг, 2. Статический бестрансформаторный преобразователь состоит из п однофазных ячеек, работающих

2со сдвигом - по отнощению друг к другу, п

питающих один общий двигатель или группу

двигателей.

На фиг. 1 приведена в качестве примера трехфазная схема. Многофазные системы преобразования облегчают подавление пульсаций в цепи нагрузки и в цепи питающего тока, а

также увеличивают надежность преобразования, так как при выходе из строя одной из фаз возможна работа установки на оставщихся фазах. Работу предлагаемой схемы рассмотрим для

простоты в одноимпульсовом режиме при работе только одной фазы. Каждая фаза преобразователя состоит из нагрузочного контура, управляемых вентилей В - В„, токоограничивающих дросселей LI - L и конденсаторов

ВЫЛ двигателем ТД, сглаживающей индуктивностью /.,( и разделительным вентилем В. Для замыкания тока двигателя создан дополнительный контур путем шунтирования ТД и LK неуправляемым вентилем BQ. Схема питается от сети постоянного тока с напряжением Ud через фильтр /-фСф.

Работа схемы поясняется линейной диаграммой на фиг. 3.. - .

Для упрощения анализа работы схемы сделаны следующие доиущения:-. ,

а)величина емкости Сф входного фильтра бесконечно велика;

б)сглаживающая индуктивность LK в цепи тягового двигателя достаточно велика;

Б) падение напряжения в вентнлях равно нулю.

В момент времени t вентили В{ - В„ одновременно отпираются путем подачи на их управляющие электроды отпирающих импульсов от специального электронного генератора импульсов. В контуре - ГД,- В, .L , В в это время протекает ток i, величина которого равна среднему за период значению тока через двигатель /дв. На диаграмме фиг. 3 величина этого тока иоказана лииией /дв , параллельной оси абсцисс. Учитывая, что величина индуктивности 1-к принята достаточно большой, пульсациями тока двигателя- можно пренебречь. Напряжение на емкостях Ci.- С„ при запертых вентилях BI-В„ делится поровну

,, .

и составляет вестичину с/с - -

для каждой

емкости. В управляемых вентилях с момента tfj происходит нарастание тока гв по линейному закону до момента t, когда /в достигает величины /дв , а ток i-s,- вентиля BO падает до нуля. За время /о - t напряжение на емкостях

Ua, „ продолжает сохраняться равным---. Носле

достижения током С/в величины /дв начинается разряд емкостей Ci - С„ в контурах Ci - LI, GS - /.2, ... С„ - „ через открытые унравляемые вентили током /ск , равным разности между токами гв и /дв . Напряжение и с на конденсаторах G - С-„ начинает падать. Разность между напряжением на конденсаторе Сф и напрял ением конденсаторов С - С„ лолсится на дроссель L. К моменту /2 ток разряда конденсаторов и ток через управляемые вентили достигает своего максимального значения, а напряжение на конденсаторах Ci - С„ падает до нуля. В дальнейшем емкости С - С„ перезарял :аются, а ток через управляемые вентили спадает, и в момент t вновь становится равным току /дв . При этом ток через емкости становится равным нулю, а напрял ение перезаряда на них достигает максимальной величины. К моменту 4 ток через управляемые вентили прекращается, ток в цепь двигателя поступает через емкости Ci - С„. Напряжение наних изменяется за время по линейному закону, так как перезаряд их осуществляется постоянным током, равным 7дв.

В момент tu напряжение на емкостях Ci--С„

достигает величины А, ток через них прекращается, иадение напряжения на дросселе LK становится равным э.д.с. двигателя, в работу вступает вентиль В , через который замыкается цепь тока /да двигателя. Нри поступлении отпирающего сигнала на

управляемые вентили процесс повторяется.

Как видно из диаграммы, ток в контурах Си LI; Б - С„; Ь„; В„ опережает напряжение на этих контурах, что обеспечивает необходимые условия для восстановления управляющих свойств вентилей.

В непроводящий период работы управляемых вентилей Bj - В„ напряжение на них Ug равно соответственно напряжению на емкостях Ci - Сд. Нромежуток /4 - is представляет собой время на восстановление управляющих свойств вентилей.

Отличительной особенностью предлагаемой схемы преобразователя постоянного тока является равномерное распределение индуктивностей LI - Ь„ и емкостей Ci - С„ колебательного контура преобразователя между последовательно включенными управляемыми вентилями - тиристорами для обеспечения надежной работы их при последовательном соединении.

В измененной схеме (фиг. 2) использованы все те же элементы, что и в схеме на фиг. 1. Коммутирующие емкости преобразователя в режиме тяги и рекуперации отключены от общего минусового провода и присоединены к общей положительной шине. В режиме тяги замкнуты контакторы Г и разомкнут контактор Р. В режиме рекуперации контакторы Т разомкнуты, контактор Р замкнут, обмотки

возбуждения тяговых двигателей ореверсированы. Преобразователь позволяет получить тяги и рекуперации при двигателях независимого или последовательного возбуждения. Рекуперативный режим реализуется при

отношениях напрял ения на двигателях к напряжению контактной сети в диапазоне 0,1-0,8, что позволяет осуществить рекуперативное торможение .почти до нолной остановки ноезда без регулирования поля тяговых двигателей и без их перегруннировки.

Рассмотрим работу одной фазы схемы (фиг. 2) в рекуперативном режиме при прежних допущениях. Перед отпиранием управляемого вентиля В ток 1д тягового двигателя поступает через вентили Вр и В,, в сеть постоянного тока (э. д. с. двигателей изменила свое направление из-за ревесирования обмоток возбуждения). Разность между напряжениями двигателя и сети уравновешивается индуктивиостью LK. К вентилю В прилолсено полное наирял :ение фильтровой емкости.

В момент 1 производится отпирание вентиля В, появляется ток /в- Изменение токов гв и /Во будет происходить по линейному закону до

/дв, а ток /в„ 0. При этом поступление энергии от генератора (тяговые двигатели) в сеть постоянного тока прекращается, и начинается разряд емкости С на индуктивность L.

В момент tz емкость С полностью разрядится, а ток г в достигнет максимального значения. После момента U начинается перезаряд емкости С за счет энергии, накопленной в индуктивности L. Напряжение t/c изменяет полярность, ток /в уменьшается. Нарастание огрицательного напряжения на емкости С происходит до момента 4 пока /в /дв- Затем отрицательное напряжение f/c начинает уменьшаться, так как ток i/в становится меньше /дв.

В момент /5 вентиль В гаснет,- и ток /д поступает только в емкость С. Напряжение на этой емкости изменяется до тех пор, пока не достигнет напряжения питающей сети. В момент t напряжение U становится равным и, заряд емкости С прекращается, и ток7дв1 а следовательно, и энергия, вырабатываемая тяговым двигателем, начинает вновь поступать в сеть постоянного тока. После отиирания вентиля В в момент 4 процесс в схеме повторяется. Средние значения напряжения Uc и тока г,„ за период определяют соответственно напряжение на двигателе и ток, поступающий в сеть.

В рассмотренном режиме рекуперативного торможения разделительный вентиль Sp не играет никакой роли. Его назначение - препятствовать разряду емкости С на цепь двигателя в том случае, когда ток гд вследствие небольшой величины индуктивности L имеет разрывы.

Рекуперативное тормол ение, как и режим тяги, может осуществляться с помощью многофазных схем преобразования. Для этого к цепи двигателей, работающих в генераторном режиме, подключают несколько фаз, которые включены на общий фильтр Сф , 1ф . При уменьшении напряжения двигателя для поддержания процесса рекуперации следует увеличивать частоту включения управляемого вентиля В.

К отличительным особенностям этой схемы электровоза следует отнести следующее.

Малое число силовых контакторов, необходимых для переключения схемы с режима тяги на рекуперацию и обратно.

Отсутствие необходимости перегруппировок двигателей и ослабление поля при реализации процесса рекуперации в широком диапазоне

скоростей и возможность рекуперации почти до полной остановки поезда.

Возможность использования в с.хемс двигателей как независи.мого, так и иоследовательнего возбуждения без специальных возбудителей.

Использование в схеме колебательного контура, отбор мощности из которого в контактную сеть осуи ествляется через неуправляемый вентиль и ф)льтрующее звено, что позволяет реализовать режим рекуперации при напряжении на двигателях меньшем, чем напряжение контактной сети, и исключить опасность перекрытий коллектора в рекуперативном режиме.

Осуществление равномерного распределения

нагрузок между параллельно работающими

генераторами последовательного возбуждения

путем включения каждой группы их на часть

преобразователя.

Отделение колебательного контура от цепи двигателя неуправляемым вентилем, иредотвращающим возможность разряда емкости контура на цепь двигателя.

гт«

Предмет изобретения

1.Силовой электропривод электрического подвижного состава, содержащий группу тяговых двигателей постоянного тока и статический- бестрансформаторный преобразователь тока, состоящий из п параллельно соединенных импульсных преобразователей, выполненных в виде последовательно соединенных цепочек из дросселя, тиристора и коммутирующего конденсатора, одна обкладка которого подключена к катоду тиристора, и неуправляемых вентилей, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности устройства и обеспечения режима рекуперации, каждый указанный коммутнрующ Й конденснтор своей второй обкладкой подключен к общей положительной щине.

2.Электропр ;вод по п. I, отличающийся. тем, что указанный коммутирующий конденсатор разделен на п частей, каждая из которых подключена параллельно цепочке тиристор- дроссель.

3.Электропривод по п. I, отличающийся те.м, что, с целью обеспечения режима рекуперации, указанные тяговые двигатели подключены к статическому бестрансформаторному преобразователю через ко.ммутирующие элементы. Приоритет ио н.;3 исчислять с 29.ХП. 1967 г.

.с,

с,

Риг,.2

м t h i

ot, ; t, f

Фиг. 3