тяговый электропривод многосистемного электровоза (варианты)

Формула изобретения

1. Тяговый электропривод многосистемного электровоза, подключенный к системе энергоснабжения токоприемником с одной стороны и контактом «колесо-рельс» с другой, содержащий преобразователи переменного тока, автономные инверторы напряжения с Г-образным LC-фильтром на входе, трехпозиционный переключатель рода тока, подключенный к цепи токоприемника, каждый преобразователь переменного тока содержит четырехквадрантный преобразователь, набор сглаживающих фильтров на выходе преобразователя, к которым подключены зажимы звена постоянного напряжения и нагрузка, в диагональ преобразователя подключены зажимы вторичной обмотки однофазного тягового трансформатора, первичная обмотка трансформатора подключена к зажимам переменного тока, автономные инверторы напряжения тягового электропривода выполнены с возможностью подключения к цепи токоприемника и к зажимам звена постоянного напряжения, отличающийся тем, что содержит группу из N последовательно соединенных входных преобразователей переменного тока, подключенных через дроссель к системе энергоснабжения токоприемником с одной стороны и контактом «колесо-рельс» с другой, а по выходу все входные преобразователи соединены параллельно и подключены к зажимам звена постоянного напряжения, при этом каждый из N входных преобразователей переменного тока содержит два тяговых высокочастотных трансформатора, два четырехквадрантных преобразователя, полумостовой преобразователь, состоящий из емкостного делителя со средней точкой и однофазного инвертора напряжения, причем преобразователь переменного тока представляет собой каскадное соединение четырехквадрантного преобразователя, полумостового преобразователя, двух тяговых высокочастотных трансформаторов и четырехквадрантного преобразователя, при этом первичные обмотки трансформаторов соединены параллельно и подключены в диагональ полумостового преобразователя, образованную общей точкой соединения вентилей и общей точкой соединения емкостных делителей, вторичные обмотки трансформаторов соединены последовательно и включены в диагональ четырехквадрантного преобразователя, кроме того, переключатель рода тока имеет двухполюсный переключатель, содержащий две пары зажимов - из которых одна пара через дроссель подключена к входу преобразователя переменного тока и зажиму положительной цепи звена постоянного напряжения, а вторая пара зажимов соединена перемычкой, полюс первого подвижного контакта подключен к токоприемнику, а полюс второго подвижного контакта переключателя подключен к положительному зажиму LC-фильтра, к упомянутому LC-фильтру параллельно подключены трехфазные автономные инверторы напряжения, причем переключатель выполнен с возможностью поочередного переключения к каждой из пары зажимов, а также с возможностью переключения в промежуточное положение.

2. Тяговый электропривод многосистемного электровоза, подключенный к системе энергоснабжения токоприемником с одной стороны и контактом «колесо-рельс» с другой, содержащий преобразователи переменного тока, автономные инверторы напряжения с Г-образным LC-фильтром на входе, трехпозиционный переключатель рода тока, подключенный к цепи токоприемника, каждый преобразователь переменного тока содержит четырехквадрантный преобразователь, набор сглаживающих фильтров на выходе преобразователя, к которым подключены зажимы звена постоянного напряжения и нагрузка, в диагональ преобразователя подключены зажимы вторичной обмотки однофазного тягового трансформатора, первичная обмотка трансформатора подключена к зажимам переменного тока, автономные инверторы напряжения тягового электропривода выполнены с возможностью подключения к цепи токоприемника и к зажимам звена постоянного напряжения, отличающийся тем, что содержит группу из N последовательно соединенных входных преобразователей переменного тока, подключенных через дроссель к системе энергоснабжения токоприемником с одной стороны и контактом «колесо-рельс» с другой, а по выходу все входные преобразователи соединены параллельно и подключены к зажимам звена постоянного напряжения, при этом каждый из N входных преобразователей переменного тока содержит два тяговых высокочастотных трансформатора, двухквадрантный преобразователь, полумостовой преобразователь, состоящий из емкостного делителя со средней точкой и однофазного инвертора напряжения, и мостовой диодный выпрямитель, а преобразователь переменного тока представляет собой каскадное соединение двухквадрантного преобразователя, полумостового преобразователя, одного тягового высокочастотного трансформатора или двух тяговых высокочастотных трансформаторов с последовательно соединенными вторичными обмотками и мостового диодного выпрямителя, при этом первичная обмотка трансформатора подключена в диагональ полумостового преобразователя, образованную общей точкой соединения вентилей и общей точкой соединения емкостных делителей, а вторичная (вторичные) обмотка (обмотки) трансформатора (трансформаторов) включена (включены) в диагональ мостового диодного выпрямителя, причем двухквадрантный преобразователь представляет собой преобразователь с полууправляемыми мостами, выполненный по мостовой схеме, кроме того, переключатель рода тока имеет двухполюсный переключатель, содержащий две пары зажимов - из которых одна пара через дроссель подключена к входу преобразователя переменного тока и зажиму положительной цепи звена постоянного напряжения, а вторая пара зажимов соединена перемычкой, полюс первого подвижного контакта подключен к токоприемнику, а полюс второго подвижного контакта переключателя подключен к положительному зажиму LC-фильтра, к упомянутому LC-фильтру параллельно подключены трехфазные автономные инверторы напряжения, причем переключатель выполнен с возможностью поочередного переключения к каждой из пары зажимов, а также с возможностью переключения в промежуточное положение.

3. Тяговый электропривод многосистемного электровоза, подключенный к системе энергоснабжения токоприемником с одной стороны и контактом «колесо-рельс» с другой, содержащий преобразователи переменного тока, автономные инверторы напряжения с Г-образным LC-фильтром на входе, трехпозиционный переключатель рода тока, подключенный к цепи токоприемника, каждый преобразователь переменного тока содержит четырехквадрантный преобразователь, набор сглаживающих фильтров на выходе преобразователя, к которым подключены зажимы звена постоянного напряжения и нагрузка, в диагональ преобразователя подключены зажимы вторичной обмотки однофазного тягового трансформатора, первичная обмотка трансформатора подключена к зажимам переменного тока, автономные инверторы напряжения тягового электропривода выполнены с возможностью подключения к цепи токоприемника и к зажимам звена постоянного напряжения, отличающийся тем, что содержит группу из N последовательно соединенных входных преобразователей переменного тока, подключенных через дроссель к системе энергоснабжения токоприемником с одной стороны и контактом «колесо-рельс» с другой, а по выходу все входные преобразователи соединены параллельно и подключены к зажимам звена постоянного напряжения, при этом каждый из N входных преобразователей переменного тока содержит один тяговый высокочастотный трансформатор, два четырехквадрантных преобразователя, полумостовой преобразователь, состоящий из емкостного делителя со средней точкой и однофазного инвертора напряжения, причем преобразователь переменного тока представляет собой каскадное соединение четырехквадрантного преобразователя, полумостового преобразователя, тягового высокочастотного трансформатора и четырехквадрантного преобразователя, при этом первичная обмотка трансформатора подключена в диагональ полумостового преобразователя, образованную общей точкой соединения вентилей и общей точкой соединения емкостных делителей, а вторичная обмотка трансформатора включена в диагональ четырехквадрантного преобразователя, кроме того, переключатель рода тока имеет двухполюсный переключатель, содержащий две пары зажимов - из которых одна пара через дроссель подключена к входу преобразователя переменного тока и зажиму положительной цепи звена постоянного напряжения, а вторая пара зажимов соединена перемычкой, полюс первого подвижного контакта подключен к токоприемнику, а полюс второго подвижного контакта переключателя подключен к положительному зажиму LC-фильтра, к упомянутому LC-фильтру параллельно подключены трехфазные автономные инверторы напряжения, причем переключатель выполнен с возможностью поочередного переключения к каждой из пары зажимов, а также с возможностью переключения в промежуточное положение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу электроподвижного состава нескольких родов тока, и предназначено, в частности, для питания тяговых двигателей от контактной сети переменного или постоянного тока.

Известен тяговый электропривод многосистемного электровоза (см. Магистральные электровозы. Электрические аппараты, полупроводниковые преобразователи, системы управления // Под ред. В.И.Бочарова, Б.А.Тушканова. - М.: Энергоатомиздат, 1994. - 384 с.: ил. на стр.333, рис.10.13), содержащий цепь токоприемника, трехпозиционный переключатель рода тока, входной полупроводниковый неуправляемый мостовой выпрямитель, реостатно-контакторную цепь питания двигателей постоянного тока. При питании от контактной сети переменного тока реостатно-контакторная цепь подключена к выходу мостового выпрямителя. При питании от контактной сети постоянного тока реостатно-контакторная цепь тягового привода подключена через переключатель рода тока к цепи токоприемника.

Недостатком преобразователя являются низкий коэффициент мощности, высокие пульсации выпрямленного тока при работе на переменном токе. Кроме того, характеристики преобразователя имеют наклонный характер с ростом нагрузки, что не позволяет поддерживать выпрямленное напряжение стабильным.

Реостатно-контакторная цепь питания двигателей содержит большое количество коммутационной аппаратуры, обладает невысоким к.п.д. и низкими регулировочными свойствами.

Наиболее близким, по технической сущности, является тяговый электропривод электровоза двойного питания, подключенный к системе энергоснабжения токоприемником с одной стороны и контактом «колесо-рельс» с другой, содержащий преобразователи переменного тока, автономные инверторы напряжения с Г-образным LC-фильтром на входе, трехпозиционный переключатель рода тока, подключенный к цепи токоприемника, каждый преобразователь переменного тока содержит четырехквадрантный преобразователь, набор сглаживающих фильтров на выходе преобразователя, к которым подключены зажимы звена постоянного напряжения и нагрузка, в диагональ преобразователя подключены зажимы вторичной обмотки однофазного тягового трансформатора, первичная обмотка трансформатора подключена к зажимам переменного тока, автономные инверторы напряжения выполнены с возможностью подключения к цепи токоприемника и к зажимам звена постоянного напряжения (А.И.Лещев, С.С.Матекин и др. Электровоз двойного питания ЭП10: особенности конструкции и электрических схем // Локомотив. 1999. №11 с.28-32).

Указанному электроприводу присущи следующие недостатки: большая загрузка вентилей по мощности, что снижает их прочность, подверженность влиянию реактанса контактной сети на индуктивность входной цепи привода. Кроме того, электропривод не обеспечивает высоких энергетических показателей при поочередной работе электровоза от различных систем питания контактной сети - напряжением 3 кВ постоянного тока и 25 кВ 50 Гц. В этом случае работа, по крайней мере, на одном из родов тока будет характеризоваться низкими технико-экономическими показателями.

Задачей изобретения является разработка тягового электропривода многосистемного электровоза, обеспечивающего удовлетворительные режимы работы силовых полупроводниковых приборов, возможность работы при питании от контактной сети с номинальным напряжением 3000 В постоянного тока и, по крайней мере, от двух систем питания переменного тока 15 кВ, 16,7 Гц и 25 кВ, 50 Гц.

Поставленная задача может быть решена, по крайней мере, тремя вариантами тягового электропривода многосистемного электровоза.

Согласно первому варианту тяговый электропривод многосистемного электровоза, подключенный к системе энергоснабжения токоприемником с одной стороны и контактом «колесо-рельс» с другой, содержащий преобразователи переменного тока, автономные инверторы напряжения с Г-образным LC-фильтром на входе, трехпозиционный переключатель рода тока, подключенный к цепи токоприемника, каждый преобразователь переменного тока содержит четырехквадрантный преобразователь, набор сглаживающих фильтров на выходе преобразователя, к которым подключены зажимы звена постоянного напряжения и нагрузка, в диагональ преобразователя подключены зажимы вторичной обмотки однофазного тягового трансформатора, первичная обмотка трансформатора подключена к зажимам переменного тока, автономные инверторы напряжения тягового электропривода выполнены с возможностью подключения к цепи токоприемника и к зажимам звена постоянного напряжения, введены отличия: тяговый электропривод содержит группу из N последовательно соединенных входных преобразователей переменного тока, подключенных через дроссель к системе энергоснабжения токоприемником с одной стороны и контактом «колесо-рельс» с другой, а по выходу все входные преобразователи соединены параллельно и подключены к зажимам звена постоянного напряжения, при этом каждый из N входных преобразователей переменного тока содержит два тяговых высокочастотных трансформатора, два четырехквадрантных преобразователя, полумостовой преобразователь, состоящий из емкостного делителя со средней точкой и однофазного инвертора напряжения, причем преобразователь переменного тока представляет собой каскадное соединение четырехквадрантного преобразователя, полумостового преобразователя, двух тяговых высокочастотных трансформаторов и четырехквадрантного преобразователя, при этом первичные обмотки трансформаторов соединены параллельно и подключены в диагональ полумостового преобразователя, образованную общей точкой соединения вентилей и общей точкой соединения емкостных делителей, вторичные обмотки трансформаторов соединены последовательно и включены в диагональ четырехквадрантного преобразователя, кроме того, переключатель рода тока имеет двухполюсный переключатель, содержащий две пары зажимов - из которых одна пара через дроссель подключена к входу преобразователя переменного тока и зажиму положительной цепи звена постоянного напряжения, а вторая пара зажимов соединена перемычкой, полюс первого подвижного контакта подключен к токоприемнику, а полюс второго подвижного контакта переключателя подключен к положительному зажиму LC-фильтра, к упомянутому LC-фильтру параллельно подключены трехфазные автономные инверторы напряжения, причем переключатель рода тока выполнен с возможностью поочередного переключения к каждой из пары упомянутых зажимов, а также с возможностью переключения в промежуточное положение.

Согласно второму варианту, тяговый электропривод многосистемного электровоза, подключенный к системе энергоснабжения токоприемником с одной стороны и контактом «колесо-рельс» с другой, содержащий преобразователи переменного тока, автономные инверторы напряжения с Г-образным LC-фильтром на входе, трехпозиционный переключатель рода тока, подключенный к цепи токоприемника, каждый преобразователь переменного тока содержит четырехквадрантный преобразователь, набор сглаживающих фильтров на выходе преобразователя, к которым подключены зажимы звена постоянного напряжения и нагрузка, в диагональ преобразователя подключены зажимы вторичной обмотки однофазного тягового трансформатора, первичная обмотка трансформатора подключена к зажимам переменного тока, автономные инверторы напряжения тягового электропривода выполнены с возможностью подключения к цепи токоприемника и к зажимам звена постоянного напряжения, введены отличия: тяговый электропривод содержит группу из N последовательно соединенных входных преобразователей переменного тока, подключенных через дроссель к системе энергоснабжения токоприемником с одной стороны и контактом «колесо-рельс» с другой, а по выходу все входные преобразователи соединены параллельно и подключены к зажимам звена постоянного напряжения, при этом каждый из N входных преобразователей переменного тока содержит один тяговый высокочастотный трансформатор, два четырехквадрантных преобразователя, полумостовой преобразователь, состоящий из емкостного делителя со средней точкой и однофазного инвертора напряжения, причем преобразователь переменного тока представляет собой каскадное соединение четырехквадрантного преобразователя, полумостового преобразователя, тягового высокочастотного трансформатора и четырехквадрантного преобразователя, при этом первичная обмотка трансформатора подключена в диагональ полумостового преобразователя, образованную общей точкой соединения вентилей и общей точкой соединения емкостных делителей, а вторичная обмотка трансформатора включена в диагональ четырехквадрантного преобразователя, кроме того, переключатель рода тока имеет двухполюсный переключатель, содержащий две пары зажимов - из которых одна пара через дроссель подключена к входу преобразователя переменного тока и зажиму положительной цепи звена постоянного напряжения, а вторая пара зажимов соединена перемычкой, полюс первого подвижного контакта подключен к токоприемнику, а полюс второго подвижного контакта переключателя подключен к положительному зажиму LC-фильтра, к упомянутому LC-фильтру параллельно подключены трехфазные автономные инверторы напряжения, причем переключатель рода тока выполнен с возможностью поочередного переключения к каждой из пары зажимов, а также с возможностью переключения в промежуточное положение.

Согласно третьему варианту, тяговый электропривод многосистемного электровоза, подключенный к системе энергоснабжения токоприемником с одной стороны и контактом «колесо-рельс» с другой, содержащий преобразователи переменного тока, автономные инверторы напряжения с Г-образным LC-фильтром на входе, трехпозиционный переключатель рода тока, подключенный к цепи токоприемника, каждый преобразователь переменного тока содержит четырехквадрантный преобразователь, набор сглаживающих фильтров на выходе преобразователя, к которым подключены зажимы звена постоянного напряжения и нагрузка, в диагональ преобразователя подключены зажимы вторичной обмотки однофазного тягового трансформатора, первичная обмотка трансформатора подключена к зажимам переменного тока, автономные инверторы напряжения тягового электропривода выполнены с возможностью подключения к цепи токоприемника и к зажимам звена постоянного напряжения, введены отличия: тяговый электропривод содержит группу из N последовательно соединенных входных преобразователей переменного тока, подключенных через дроссель к системе энергоснабжения токоприемником с одной стороны и контактом «колесо-рельс» с другой, а по выходу все входные преобразователи соединены параллельно и подключены к зажимам звена постоянного напряжения, при этом каждый из N входных преобразователей переменного тока содержит два тяговых высокочастотных трансформатора, двухквадрантный преобразователь, полумостовой преобразователь, состоящий из емкостного делителя со средней точкой и однофазного инвертора напряжения, и мостовой диодный выпрямитель, а преобразователь переменного тока представляет собой каскадное соединение двухквадрантного преобразователя, полумостового преобразователя, одного тягового высокочастотного трансформатора или двух тяговых высокочастотных трансформаторов с последовательно соединенными вторичными обмотками и мостового диодного выпрямителя, при этом первичная обмотка трансформатора подключена в диагональ полумостового преобразователя, образованную общей точкой соединения вентилей и общей точкой соединения емкостных делителей, а вторичная (вторичные) обмотка (обмотки) трансформатора (трансформаторов) включена (включены) в диагональ мостового диодного выпрямителя, причем двухквадрантный преобразователь представляет собой преобразователь с полууправляемыми мостами, выполненный по мостовой схеме, кроме того, переключатель рода тока имеет двухполюсный переключатель, содержащий две пары зажимов - из которых одна пара через дроссель подключена к входу преобразователя переменного тока и зажиму положительной цепи звена постоянного напряжения, а вторая пара зажимов соединена перемычкой, полюс первого подвижного контакта подключен к токоприемнику, а полюс второго подвижного контакта переключателя подключен к положительному зажиму LC-фильтра, к упомянутому LC-фильтру параллельно подключены трехфазные автономные инверторы напряжения, причем переключатель рода тока выполнен с возможностью поочередного переключения к каждой из пары зажимов, а также с возможностью переключения в промежуточное положение.

Во всех описанных вариантах между четырехквадрантным преобразователем и набором фильтров, преимущественно в положительной цепи, для снижения пульсаций выпрямленного тока установлен сглаживающий дроссель.

Положительный эффект предлагаемого изобретения состоит в следующем. При последовательном подключении управляемых полупроводниковых мостов входных преобразователей к контактной сети номинальным напряжением 25 кВ на каждый из преобразователей приходится напряжение в N раз меньше, где N - количество последовательно соединенных преобразователей переменного тока, это позволяет применить в преобразователях в качестве вентилей высоковольтные транзисторные модули IGBT. Коэффициент мощности электровоза при этом близок к единице. В результате разделительные высокочастотные трансформаторы, примененные в такой схеме, обладают меньшей массой и габаритными размерами. При этом масса и габариты высокочастотных трансформаторов будут значительно меньше, чем при использовании тягового трансформатора в качестве входного трансформатора на частоте 50 Гц и тем более на частоте 16,7 Гц, т.к. они рассчитаны на значительно меньшее напряжение, чем напряжение контактной сети. Таким образом, предлагаемый тяговый привод многосистемного электровоза обладает меньшими массой и габаритными размерами, по сравнению с известными аналогами.

Как следует из представленного выше описания, в зависимости от мощности нагрузки тяговый электропривод многосистемного электровоза может содержать, вместо двух, один промежуточный трансформатор повышенной частоты.

По экспертным оценкам при реализации предлагаемых вариантов электропривода, значение среднеэксплуатационных потерь мощности тягового электропривода на переменном токе, при прочих равных условиях, значительно ниже, чем у аналога. При этом суммарные массогабаритные показатели привода также ниже.

Новым в предлагаемом техническом решении, в отличие от прототипа, является то, что тяговый электропривод многосистемного электровоза расширяет функциональные возможности электровоза - создавая возможности для работы как на электрифицированных участках напряжением 15 кВ 16,7 Гц, так и 25 кВ, 50 Гц. При этом габариты тягового электропривода и значение потерь будут ниже. Кроме того, надежность и наработка на отказ элементов преобразователя повышаются.

Следует отметить, что каждому из трех предлагаемых вариантов дополнительно присущи индивидуальные особенности, могущие отдать предпочтение тому или иному варианту в зависимости от условий применения.

Так, например, первый вариант целесообразно применять при резко изменяющемся реактансе питающей сети.

Второй вариант может иметь преимущества при реализации способа управления входными преобразователями со сдвигом фаз потребляемого тока с целью улучшения формы тока, потребляемого тяговым приводом.

Третий вариант электропривода может использоваться при работе с монотонными, относительно медленно изменяющимися нагрузками, что позволит улучшать качество тока выходным четырехквадрантным преобразователем, исключив при этом использование двух трансформаторов, заменив их одним.

Сказанное позволяет сделать вывод о причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом.

На фигуре 1 представлена структурная схема тягового электропривода многосистемного электровоза.

На фигуре 2 представлена схема одного из входных преобразователей переменного тока тягового электропривода многосистемного электровоза, у которого в качестве управляемого выпрямителя использован четырехквадрантный преобразователь.

На фигуре 3 представлена схема одного из входных преобразователей переменного тока тягового электропривода многосистемного электровоза, где в качестве входного преобразователя используется двухквадрантный преобразователь, а в качестве выходного использован неуправляемый выпрямитель, выполненный по мостовой схеме.

На фигуре 4 представлена схема одного из входных преобразователей переменного тока с одним разделительным трансформатором тягового электропривода многосистемного электровоза.

Тяговый электропривод многосистемного электровоза содержит токоприемник 1 для подключения его к контактной сети 2 через переключатель рода тока 3, сетевой дроссель 4, группу из N последовательно соединенных входных преобразователей 5 (5₁ -5_N), подключенных к системе энергоснабжения 2 через дроссель 4 и переключатель рода тока (ПРТ) 3 токоприемником 1 с одной стороны и с контактом «колесо-рельс» 14 с другой, а по выходу все входные преобразователи 5 соединены параллельно и подключены к зажимам звена постоянного напряжения 7 и 8. Параллельно зажимам 7 и 8 звена постоянного напряжения подключен сглаживающий емкостной фильтр 6. Переключатель рода тока 3 представляет собой двухполюсный переключатель, содержащий две пары зажимов - из которых одна пара подключена через дроссель 4 к входу группы преобразователей переменного тока 5 (положение I, фиг.1) и зажиму 7 положительной цепи звена постоянного напряжения, а вторая пара зажимов соединена перемычкой, полюс первого подвижного контакта подключен к токоприемнику 1, полюс второго подвижного контакта переключателя подключен к положительному зажиму LC-фильтра 9, к выходу LC-фильтра 9 параллельно подключены трехфазные автономные инверторы напряжения 10 и 11 для питания, преимущественно, трехфазных нагрузок, соответственно 12 и 13. Переключатель 3 выполнен с возможностью поочередного переключения к каждой из пары зажимов (положение I - ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК, положение II - ПОСТОЯННЫЙ ТОК), а также с возможностью переключения в промежуточное (нейтральное) положение.

Между выходом преобразователя 5 (фиг.2-4) и набором фильтров 6, преимущественно в положительной цепи (зажим 7), для снижения пульсаций выпрямленного тока установлен сглаживающий дроссель 20.

В соответствии с фиг.2 каждый из N преобразователей переменного тока 5 содержит четырехквадрантный преобразователь 15, полумостовой преобразователь 16, два тяговых высокочастотных трансформатора 17 и 18, четырехквадрантный преобразователь 19. Четырехквадрантный преобразователь 15, преобразователь 16, трансформаторы 17 и 18, четырехквадрантный преобразователь 19 подключены каскадно, т.е. к выходу четырехквадрантного преобразователя 15 подключен полумостовой преобразователь 16, к выходу которого подключены трансформаторы 17 и 18, а к их выходу подключен четырехквадрантный преобразователь 19. Первичные обмотки трансформаторов 17 и 18 подключены в диагональ полумостового преобразователя 16, образованную общей точкой соединения вентилей и общей точкой соединения емкостных делителей, вторичные обмотки трансформаторов 17 и 18 соединены последовательно и включены в диагональ четырехквадрантного преобразователя 19.

По второму варианту исполнения входного преобразователя 5 (фиг.3) каждый из N преобразователей переменного тока 5 содержит двухквадрантный преобразователь 15, полумостовой преобразователь 16, два тяговых высокочастотных трансформатора 17 и 18, мостовой диодный выпрямитель 19. Двухквадрантный преобразователь 15, преобразователь 16, трансформаторы 17 и 18, мостовой диодный выпрямитель 19 подключены каскадно, т.е. к выходу двухквадрантного преобразователя 15 подключен полумостовой преобразователь 16, к выходу которого подключены трансформаторы 17 и 18, а к их выходу подключен мостовой диодный выпрямитель 19. Первичные обмотки трансформаторов 17 и 18 подключены в диагональ полумостового преобразователя 16, образованную общей точкой соединения вентилей и общей точкой соединения емкостных делителей, вторичные обмотки трансформаторов 17 и 18 соединены последовательно и включены в диагональ мостового диодного выпрямителя 19. При этом двухквадрантный преобразователь 15 представляет собой диодно-транзисторный преобразователь с полууправляемыми мостами, выполненный по мостовой схеме.

По третьему варианту исполнения входного преобразователя 5 в зависимости от мощности нагрузки тяговый электропривод многосистемного электровоза может содержать вместо двух трансформаторов один промежуточный трансформатор повышенной частоты (фиг.4), тогда первичная обмотка трансформатора 17 подключена в диагональ полумостового преобразователя 16, образованную общей точкой соединения вентилей и общей точкой соединения емкостных делителей, вторичная обмотка трансформатора включена в диагональ четырехквадрантного преобразователя, либо мостового диодного выпрямителя 19.

В качестве вентилей тягового электропривода могут быть использованы силовые модули IGBT, содержащие в общем корпусе биполярный транзистор с изолированным затвором и обратный диод, включенный встречно-параллельно транзистору.

Тяговый электропривод многосистемного электровоза работает следующим образом.

Работа на переменном токе контактной сети

При подключении преобразователей к контактной сети 2 токоприемником 1, нахождении контактов ПРТ 3 в положении I, на входе каждого входного преобразователя 5 прикладывается напряжение, прямо пропорциональное напряжению контактной сети и обратно пропорциональное количеству последовательно соединенных преобразователей. Стабилизированное напряжение на выходе четырехквадрантного преобразователя 15 поддерживают на заданном уровне во всем диапазоне изменения напряжения в контактной сети. Выпрямленное напряжение инвертируется полумостовым преобразователем 16 в напряжение повышенной частоты. Инвертированное напряжение подается на высокочастотные трансформаторы 17 и 18. Переменное напряжение с высокочастотных трансформаторов 17 и 18 подается на вход четырехквадрантного преобразователя 19, который в режиме тяги работает выпрямителем, а в режиме рекуперации - инвертором. Выпрямленное напряжение подается в блок выходных фильтров 6. Для лучшего сглаживания пульсаций выходного тока между преобразователем 19 и набором выходных фильтров 6 подключен сглаживающий дроссель 20.

Путь тока тягового электропривода составит: контактная сеть 2, токоприемник 1, переключатель рода тока 3 в положении I, дроссель 4, вентили входного выпрямителя 15 преобразователя 5, последовательно соединенные N преобразователей 5, контакт «колесо-рельс» 14.

Выпрямленное напряжение с выхода входного выпрямителя 15 прикладывают к каскадно соединенным полумостовому преобразователю 16, трансформаторам 17 и 18, преобразователю 19 и к звену постоянного напряжения.

Кроме функций преобразования напряжения трансформаторы 17 и 18 осуществляют гальваническую развязку силовых цепей.

Напряжение звена постоянного напряжения с клемм 7 и 8 через контакты ПРТ 3 прикладывается к LC-фильтру 9 и параллельно соединенным автономным инверторам напряжения 10 и 11. Автономные инверторы напряжения 10 и 11 питают многофазные, преимущественно трехфазные, нагрузки 12 и 13, в частности асинхронные двигатели. При этом нагрузки 12 и 13 имеют индивидуальные каналы питания (АИН 10 и 11).

Во входном преобразователе 5 выполняется двукратное преобразование энергии переменного тока с целью понижения напряжения. Первый этап преобразования - выпрямление входным преобразователем 15 и инвертирование преобразователем 16. После трансформации напряжения трансформаторами 17 и 18 реализуется второй этап преобразования - выпрямление преобразователем 19.

При смене рода тока в контактной сети, например, с 50 Гц на 16,7 Гц или наоборот система контроля рода тока по величине напряжения и частоты контактной сети изменяет частоту коммутации силовых полупроводниковых приборов четырехквадрантного преобразователя 15 входного преобразователя 5 без изменения конфигурации схемы питания.

Работа на постоянном токе контактной сети

При подключении преобразователей к контактной сети постоянного тока путь тока составит: контактная сеть 2, токоприемник 1, переключатель рода тока 3 в положении II, дроссель LC-фильтра 9, АИН 10 и 11, нагрузки 12 и 13, АИН 10 и 11, контакт «колесо-рельс» 14.

Таким образом, предлагаемый тяговый привод многосистемного электровоза обладает меньшими массой и габаритными размерами, за счет принципиально новой, по сравнению с известными аналогами, конфигурации взаимного подключения элементов тягового электропривода, при сохранении энергетических показателей не хуже существующего уровня.