устройство для регулирования системы принудительного воздушного охлаждения тяговых электродвигателей электровоза

Формула изобретения

Устройство для регулирования системы принудительного воздушного охлаждения тяговых электродвигателей электровоза, содержащее мотор-вентилятор, электродвигатель которого подключен через регулируемый преобразователь электроэнергии к источнику электропитания, автоматический регулятор указанного преобразователя электроэнергии с входным элементом сравнения, к входам которого подключены выход датчика тока тяговых электродвигателей электровоза и выход датчика электрических параметров электродвигателя мотор-вентилятора, отличающееся тем, что дополнительно предусмотрен нелинейный функциональный преобразователь с кусочно-линейной внешней характеристикой, состоящей из горизонтального и наклонного участков, причем этот преобразователь включен между выходом датчика тока тяговых электродвигателей и одним из входов элемента сравнения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а более конкретно к регулированию мотор-вентиляторов в системе принудительного охлаждения (воздушного обдува) тяговых электродвигателей на электровозе.

Известна система принудительного охлаждения (обдува) тяговых электродвигателей, содержащая мотор-вентилятор с пусковой аппаратурой и источником электропитания, а также с воздуховодами, снабженными входным воздушным фильтром, причем указанные воздуховоды подключены к воздухозаборным люкам охлаждаемых тяговых электродвигателей [1].

Недостаток этой системы заключается в том, что при постоянной производительности мотор-вентилятора возникает несогласованность между реализуемым им эффектом охлаждения и реальной мощностью потерь в тяговом электродвигателе. Как правило, имеет место превышение производительности мотор-вентилятора в среднем в 3-4 раза по отношению к необходимому уровню. Лишь 15-20% всего времени работы электровоза производительность обдува соответствует уровню тепловых потерь в тяговом двигателе.

Этот недостаток частично устранен в устройстве для регулирования мотор-вентиляторов с асинхронным приводным электродвигателем [2], которое содержит источник электропитания, преобразователь частоты, выполненный по принципу непосредственного преобразования, а также датчик тока тяговых электродвигателей с регулятором релейного типа, обеспечивающим переключение мотор-вентилятора на пониженную производительность при снижении реализуемой мощности в цепи тяговых электродвигателей.

Недостаток этого устройства состоит в том, что оно обеспечивает только одну ступень регулирования производительности мотор-вентилятора путем переключения его с номинальной частоты 50 Гц на пониженную частоту 16*2/3 Гц. Это не позволяет реализовать в полной мере возможности экономии энергозатрат во вспомогательных целях электровоза.

В качестве прототипа заявленного устройства целесообразно принять устройство для регулирования системы принудительного воздушного охлаждения тяговых электродвигателей электровоза, содержащее мотор-вентилятор, электродвигатель которого подключен через регулируемый преобразователь электроэнергии к источнику электропитания, автоматический регулятор указанного преобразователя электроэнергии с входным элементом сравнения, к входам которого подключены выход датчика тока тяговых электродвигателей электровоза и выход датчика электрических параметров электродвигателя мотор-вентилятора [3].

Недостаток прототипа состоит в том, что не обеспечиваются принципы полного соответствия производительности мотор-вентилятора уровню потерь энергии в тяговых электродвигателях для всех режимов работы электровоза.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение технической эффективности и экономичности системы охлаждения тяговых электродвигателей.

На чертежах изображены схема изобретения (фиг.1) и регулировочные характеристики (фиг.2).

Устройство (фиг.1) предназначено для охлаждения тяговых электродвигателей 1 при помощи мотор-вентилятора 2 с приводным электродвигателем постоянного или переменного тока. Этот электродвигатель получает электропитание от источника электроэнергии 3 через регулируемый преобразователь электроэнергии 4.

В цепь тягового двигателя 1 включен датчик тока 5, выход которого через нелинейный функциональный преобразователь (НФП) 6 подключен на вход (+) элемента сравнения 7. На другой вход (-) этого элемента подключен выход датчика 8 электрических параметров, подключенного к входной цепи электродвигателя мотор-вентилятора 2.

Выход элемента сравнения 7 подключен к входу регулятора 9, который может быть выполнен, например, по типовому принципу пропорционально-интегрального регулирования. Выход регулятора 9 соединен со входом управления преобразователя 4.

В качестве преобразователя 4 могут быть использованы типовые полупроводниковые преобразователи электроэнергии: управляемый выпрямитель, импульсный преобразователь, непосредственный преобразователь частоты, автономный инвертор напряжения. Выбор конкретного типа преобразователя определяется видом источника 3 (постоянный или переменный ток) и типом электродвигателя мотор-вентилятора 2.

Элементы 5-9 выполнены на типовых компонентах систем управления.

Ниже обоснован конкретный вид характеристики НФП 6. Статический напор Н воздушного потока 10, подаваемого от мотор-вентилятора 2 в двигатель 1, пропорционален квадрату частоты вращения мотор-вентилятора 2, т.е. H n². Объем воздуха Q, подаваемого в потоке 10, пропорционален частоте вращения мотор-вентилятора 2, т.е. Q n. Таким образом, для производительности (мощности) мотор-вентилятора можно записать

P_мв H·Q n³.

Тепловые потери в охлаждаемом тяговом электродвигателе 1 пропорциональны квадрату его тока, т.е.

Р_тд I² _тд,

причем величина этих потерь должна соответствовать производительности мотор-вентилятора P_мв. Следовательно, частоту вращения следует регулировать по закону, обеспечивающему соотношение

P_мв I⁶ _тд,

причем эта зависимость в относительных единицах показана на фиг.2 (кривая А).

Мощность на входе мотор-вентилятора 2 должна быть больше Р_мв на величину потерь в этом агрегате. Указанная мощность Р_мв-вх соответствует кривой Б на фиг.2.

Снижение частоты вращения возможно до некоторой минимальной величины n _min, обеспечивающей статический напор Н _min в канале 10. Это значение соответствует мощности Р* _мв-вх. При этом участок кривой Б между точками Б ₁ и Б₂ аппроксимируется прямой В. Таким образом результирующая характеристика НФП 6 получается кусочно-линейной; она состоит из двух прямых участков В и Г.

Для реализации указанного закона регулирования датчик 8 замеряет фактическую мощность Р^ф _мв-вх, например, путем умножения напряжения на ток в цепи питания мотор-вентилятора 2, преобразователь НФП 6 определяет заданное значение мощности, т.е. Р^З _мв-вх. Элемент сравнения 7 определяет рассогласование

=Р^З _мв-вх-Р ^ф _мв-вх,

а регулятор 9 обеспечивает такое управление преобразователем 4, чтобы свести это рассогласование к нулю.

Таким образом обеспечивается регулирование мотор-вентилятора 2 соответственно уровню потерь в тяговом двигателе 1.

Технико-экономическая эффективность предложенного устройства состоит в экономии электроэнергии на вспомогательные нужды электровоза. Испытания на электровозах ЧС4 и ВЛ80 показали, что экономия расхода электроэнергии в цепи питания мотор-вентиляторов составляет 18-27%.

Источники информации

1. Электровоз ВЛ85. Тушканов Б.А. и другие. Москва, Транспорт, 1992 г., с.30, 56-57, рис.3.2.

2. Некрасов О.А., Рутштейн А.М. Вспомогательные машины электровозов переменного тока. М., Транспорт, 1988, с.164-175, рис.5.5.

3. Каптелкин В.А. (ред.). Пассажирские электровозы ЧС4 и ЧС4Т. Издание второе, М., Транспорт, 1975, с.91-103, рис 66.