Устройство для охлаждения тяговых двигателей, питающихся через выпрямитель от четырехпроводной трехфазной сети

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5 )s В 60 К 11/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ щего воздуха. 2 ил. (2 1) 4875798/1 1 (22) 17,10,90 (46) 15.01.93. Бюл. N 2 (71) Луганский машиностроительный институт (72) А,С,Захарчук (56) Авторское свидетельство СССР

М 1532353, кл. В 60 11/06, 1988.

Нестеров Э,И, и др. Новости зарубежного тепловозостроения, Обзор, М., ЦНИИТЭИтяжмаш, 1987, с. 3-15. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, ПИТАЮЩИХСЯ ЧЕРЕЗ

ВЫПРЯМИТЕЛb ОТ ЧЕТЫРЕХПРОВОДНОГ1

ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ (57) Использование; транспортные средства с электроприводом переменно-постоянного

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... Ы 1787812 А1 стока. Сущность изобретения: устройство содержит блок управления, асинхронный мотор-вентилятор (АМВ) с фазным ротором (cDP), 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 B 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 охлаждаюПрототипом является устройство регулирования охлаждения транспортного средства с электроприводом, используемое в тепловозе SD60 фирмы "Cenetal Мо огз"

США, содержащее асинхронные мотор-вентиляторы и систему управления ими, всздуховоды,теплообменники.

Недостаток прототипа заключается в следующем. Устройство включает три двухскоростных 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 некогоро. переохлаждени» силового оборудования, åì обусловлен определенный перерасход энергии на охлаждение, избыток которой теряется без!

ОО V

00 М

1787812 возвратно, кроме того, для некоторых агрегатов, например, для дизеля, переохлаждение неполезно.

Целью изобретения является увеличение эф,; с обеспечением повышенного КПД тяговых двигателей.

Это достигается тем, что в устройство для охлаждения тяговых двигателей, питающихся через выпрямйтель от четырехпро- 10 водной трехфазной сети, содержащее асинхpoHHb!A мотор-вентилятор, связанный воздуховодами с теплообменниками и подключенный статорчой обмоткой к блоку управления, введены вспомогательный выпоямитель, нагрузочные резисторы и контактор с зàMblêàþùII:ìè контактами, а асинхронный мотор-вентилятор выполнен с фазн ы м ротором, причем Вход вспомогателbIIогo выпрямителя соединен с включенными в звезду обмотками ротора аси> хронного мотор-вентилятора, а выход— с вь.водами 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 вывоДа 1и обмоток ротора последнего, соедипенными с первыми BbiBoäàìè нагрузочных резисторов, вторые выводы которых Объеди н е н ь1 ме>кДУ сОбОЙ.

Приведенное сочетание существующих признаков в аналогах не обнару>кено, 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 генера:oра (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, состояший из статора 6, фазного ротора 7 и механически соединенных с ротором 7 лопастей 8, воздуховоды 9 и теплообменники 10. осуществляющие отвод тепла от охла>кдаемых агрегатов, Обмотки статора 6 подключены к блоку управления 11 асинхронным мотор-вентилятором. 5, на линейное напря>кение обмоток статора 6 вкл fo÷åíà катушка 12 контактора, замыка.ощие 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

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

Вольтамперная характеристика электропривода тепловоза, показанная на фиг, 2, включает следующие участки; а) вертикальный участок 17 — ток привода максимальный, напряжение изменяется от нуля до некоторого минимального значения — режим развития максимальной тяги при малой или нулевой скорости движения — режим трогания, первоначального набора скорости или движения на подъем; б) горизонтальный участок 18 — ток минимальный до нулевого, напряжение максимальное — режим минимальной тяги при большой скорости движения — движение под уклон, переход к торможению; в) гиперболический участок 19 — ток и напряжение принимают промежуточные ме>кду максимальным и минимальным значения — все остальные режимы работы, Устройство работает следующим образом, При работе электропривода на участке

17 и высокой +20, +40" С температуре окружающего транспортное средство воздуха необходима максимальная подача охлаждающего воздуха в теплообменники 10, В этом режиме блок управления 11 подает максимальное напряжение на статор 6 асинхронного мотор-вентилятора 5, ток катушки 12, проходящий под действием этого напряжения, достаточен для срабатывания контактора и происходит замыкание контактов 13 и 14, При этом асинхронный мотор-вентилятор 5 работает как двигатель с короткозамкнутым ротором и жесткой механической характеристикой, т.е. с минимальным скольжением и максимал ной скоростью, обеспечивая максимальную подачу охлаждающего воздуха в теплообменники 10.

При переходе электропривода на участок 19, т.е, понижении тягового момента, или работе транспортного средства при низкой температуре окружающего воздуха для охлаждения достаточна меньшая подача воздуха. Б этом случае блок управления

11 понижает напря>кение на статоре 6 снижается ток катушки 12 контактора и размыкаются контакты 13 и 14, Переменное напряжение фазных Обмоток ротора 7 поступает на вспомогательный выпрямитель

15 и через него в трехфазную четырехпроводную сеть 1 и на силовой выпрямитель 2.

При этом в трехфазном напряжении сети 1 появляется нулевая составляющая, повышающая амплитуду первой гармоники на1787812

55 пряжения 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

5 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, 10 сопротивления которых выбраны из условия обеспечения подачи минимального количества воздуха, необходимого для охлаждения в этом режиме.

Асинхронный мотор-вентилятор 5 рабо15 тает как обычный асинхронный двигатель с резисторами в цепи ротора.

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

20 рекуперации энергии в его сеть.

Формула изобретения

Устройство для охлаждения тяговых двигателей, питающихся через выпрями25 тель от четырехпроводной трехфазной сети, содержащее асинхронный мотор-вентилятор, связанный воздуховодом с теплообменниками и подключенный статорной обмоткой к блокууправления,отл ич а ю щееся тем, 30 что, с целью повышения эффективности охлаждения с обеспечением повышенного КПД тяговых двигателей, в него введены вспомогательный выпрямитель. нагрузочные резисторы и контактор с замыкающими

35 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

40 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 за45 мыкающие контакты — между выводами обмоток ротора последнего, соединенными с первыми выводами нагрузочных резисторов, вторые выводы которых объединены между собой.

1787812

Составитель Б.Невзлин

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор О,Густи

Редактор В,Фельдман

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 39 Тираж Подписное

BÍÈÈÏÈ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5