тяговый электропривод многосистемного электроподвижного состава

Формула изобретения

Тяговый электропривод многосистемного электроподвижного состава, содержащий токоприемник, устройство переключения рода тока, тяговый трансформатор, имеющий первичную и вторичную обмотки, четырехквадрантный преобразователь, промежуточный фильтр, автономный инвертор напряжения, асинхронный тяговый двигатель, заземляющее устройство, при этом токоприемник соединен с общим полюсом устройства переключения рода тока, один вывод первичной обмотки трансформатора соединен с первым крайним полюсом переключателя рода тока, а другой вывод - с заземляющим устройством и минусовым зажимом постоянного тока четырехквадрантного преобразователя, между первым выводом вторичной обмотки трансформатора и вторым крайним полюсом переключателя рода тока включен первый контактор, а второй вывод указанной обмотки вторым контактором соединен со средней точкой промежуточного LC-фильтра, зажимы переменного тока четырехквадрантного преобразователя двумя другими контакторами соединены соответственно с первым и вторым выводами вторичной обмотки трансформатора, а плюсовой и минусовой зажимы постоянного тока указанного преобразователя подключены к крайним точкам промежуточных LC- и С-фильтров и зажимам постоянного тока автономного инвертора напряжения, к выходу которого подключен асинхронный тяговый двигатель, отличающийся тем, что в него введены два контактора, один из которых включен между крайним выводом реактора LC-фильтра и зажимом переменного тока четырехквадрантного преобразователя, а другой – между указанным выводом реактора LC-фильтра и плюсовым зажимом постоянного тока четырехквадрантного преобразователя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано на многосистемном электроподвижном составе - электровозах и электропоездах с асинхронным тяговым приводом.

Известен тяговый электропривод многосистемного электроподвижного состава - электровоза [1], содержащий токоприемник, устройство переключения рода тока, тяговый трансформатор, имеющий первичную и вторичную обмотки, четырехквадрантный преобразователь, промежуточный фильтр, автономный инвертор напряжения, асинхронный тяговый двигатель, заземляющее устройство, при этом токоприемник соединен с общим полюсом устройства переключения рода тока, один вывод первичной обмотки трансформатора соединен с первым крайним полюсом переключателя рода тока, а другой вывод - с заземляющим устройством и минусовым зажимом постоянного тока четырехквадрантного преобразователя, между первым выводом вторичной обмотки трансформатора и вторым крайним полюсом переключателя рода тока включен первый контактор, а второй вывод указанной обмотки вторым контактором соединен со средней точкой промежуточного LC-фильтра, зажимы переменного тока четырехквадрантного преобразователя двумя другими контакторами соединены соответственно с первым и вторым выводами вторичной обмотки трансформатора а плюсовой и минусовой зажимы постоянного тока указанного преобразователя подключены к крайним точкам промежуточных LC- и С-фильтров и зажимам постоянного тока автономного инвертора напряжения, к выходу которого подключен асинхронный тяговый двигатель.

Недостатком такого электропривода является зависимость мощности, развиваемой приводом при работе от сети постоянного тока, при изменении фактического напряжения питающей сети.

Этот недостаток устраняется в тяговом электроприводе с входным преобразователем повышающего типа, постоянно задействованным при работе по системе постоянного тока [2].

Недостатками этого электропривода являются повышенные потери в преобразователе и снижение срока службы полупроводниковых приборов.

Наиболее близким по технической сущности является электропривод, описанный в [1]. Он взят за прототип.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в известный электропривод введены два контактора, один из которых включен между крайним выводом реактора LC-фильтра и зажимом переменного тока четырехквадрантного преобразователя, а другой - между указанным выводом реактора LC-фильтра и плюсовым зажимом постоянного тока четырехквадрантного преобразователя.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности использования тягового электропривода за счет исключения влияния колебания напряжения питающей сети на мощность, развиваемую электроприводом при одновременном снижении потерь.

Введение в тяговый электропривод новых элементов (двух контакторов) и их взаимосвязей позволяет влиять на мощность, развиваемую тяговым электроприводом, при одновременном снижении потерь. Это обусловлено возможностью регулирования напряжения промежуточного звена постоянного напряжения при сохранении прямого подключения названного звена непосредственно к питающей сети.

Мощность, развиваемая тяговым электроприводом с асинхронными тяговыми двигателями, определяется по формуле (1)

где U1 - действующее значение первой гармоники выходного напряжения АИН;

I1 - действующее значение первой гармоники выходного тока АИН;

1 -угол сдвига между кривыми первых гармоник выходных напряжения и тока АИН.

Выходное напряжение АИН (при коэффициенте регулирования Кр=1) определяется по формуле (2)

где Ud - величина постоянного напряжения на входе АИН.

Заявляемое устройство электропривода позволяет регулировать постоянное напряжение на входе АИН Ud в диапазоне от фактической до максимальной величины питающей сети посредством использования в режиме импульсного прерывателя постоянного тока ключевых элементов четырехквадрантного преобразователя, незадействованных при питании от сети постоянного тока, что обеспечивает реализацию электроприводом максимальной мощности независимо от фактического напряжения тяговой сети. Одновременно сохраняется возможность функционирования привода по наиболее экономичной однозвенной схеме, когда фактическое напряжение тяговой сети обеспечивает развитие приводом требуемой мощности.

На чертеже приведена схема тягового электропривода многосистемного электроподвижного состава.

Тяговый привод содержит токоприемник 1, устройство переключения рода тока 2, тяговый трансформатор 3, имеющий первичную 4 и вторичную 5 обмотки, четырехквадрантный преобразователь 6, промежуточные LC- и С-фильтры 7 и 8, автономный инвертор напряжения 9, асинхронный тяговый двигатель 10, заземляющее устройство 11, при этом токоприемник 1 соединен с общим полюсом устройства переключения рода тока 2, один вывод первичной обмотки 4 соединен с первым крайним полюсом переключателя рода тока 2, а другой вывод - с заземляющим устройством 11 и минусовым зажимом постоянного тока 19 четырехквадрантного преобразователя 6, между первым выводом вторичной обмотки 5 трансформатора 3 и вторым крайним полюсом переключателя рода тока 2 включен первый контактор 12, а второй вывод указанной обмотки вторым контактором 13 соединен со средней точкой промежуточного LC-фильтра 7, зажимы переменного тока 14, 15 четырехквадрантного преобразователя 6 двумя другими контакторами 16, 17 соединены соответственно с первым и вторым выводами вторичной обмотки 5 трансформатора 3, а плюсовой 18 и минусовой 19 зажимы постоянного тока указанного преобразователя подключены к крайним точкам промежуточных LC-и С-фильтров 7 и 8 и зажимам постоянного тока автономного инвертора напряжения 9, к выходу которого подключен асинхронный тяговый двигатель 10, два дополнительных контактора, один из которых включен между крайним выводом реактора LC-фильтра 7 и зажимом переменного тока 14 четырехквадрантного преобразователя 6, а другой - между указанным выводом реактора LC-фильтра 7 и плюсовым зажимом постоянного тока 18 четырехквадрантного преобразователя 6.

Тяговый привод работает следующим образом. При работе от сети переменного тока отличий в работе привода нет. При работе от сети постоянного тока существуют два режима работы.

В первом режиме работы - режиме однозвенного преобразования энергии - электрическая энергия из тяговой сети через токосъемные устройства 1 и 11, входной LC-LC-фильтр, образованный вторичной обмоткой 5 трансформатора 3, конденсатором и реактором промежуточного LC-фильтра 7 и конденсатором промежуточного С-фильтра 8, через замкнутый контактор 21 подводится к автономному инвертору напряжения 9, к выходу которого подключен асинхронный тяговый двигатель 10. При этом максимальная мощность, развиваемая приводом (при коэффициенте регулирования Кр=1), находится в прямопропорциональной зависимости от фактической величины напряжения питающей сети.

Во втором режиме работы - режиме двухзвенного преобразования энергии - электрическая энергия из тяговой сети через токосъемные устройства 1 и 11, входной LCL-фильтр, образованный вторичной обмоткой 5 трансформатора 3, конденсатором и реактором промежуточного LC-фильтра 7, через замкнутый контактор 20 подводится к выводу переменного тока 14 четырехквадрантного преобразователя 6, ключевые элементы одного из фазных модулей которого оказываются включенными по схеме импульсного прерывателя постоянного тока повышающего типа, и после первой ступени преобразования энергии (повышения напряжения постоянного тока) через промежуточный С-фильтр 8 подводится к автономному инвертору напряжения 9, к выходу которого подключен асинхронный тяговый двигатель 10. При этом максимальная мощность, развиваемая приводом (при коэффициенте регулирования Кр=1), не зависит от фактической величины напряжения питающей сети.

При функционировании тягового привода от сети постоянного тока, когда величины фактического напряжения питающей сети не достаточно для развития системой автономный инвертор напряжения - асинхронный тяговый двигатель заданной мощности, входной импульсный прерыватель постоянного тока, образованный из ключевых элементов фазного модуля четырехквадрантного преобразователя, не задействованных при работе по системе постоянного тока, повышает напряжение на входе автономного инвертора напряжения до уровня, обеспечивающего развитие заданной мощности.

Технико-экономическая эффективность предложения определяется тем, что, исключив зависимость развиваемой приводом мощности от величины фактического напряжения питающей сети, возможно при определении тяговых свойств локомотива исходить из параметров, соответствующих максимальному напряжению тяговой сети.

Источники информации

1. Europalokomotive BR 189 -Die Mehrsystemlokomotive fur den europaweiten Einsatz. ZEVrail Glasers Ainnalen 126 (2002), №9, с.390-399 (прототип).

2. Die elektrische Ausrustung der Lokomotivbaureihe E402 der Italienischen Staatsbahnen. Elektrische Bahnen 89 (1991), №4, с.114-122.