Тяговый электропривод с питанием от контактной сети постоянного тока

 

Изобретение относится к электроподвижному составу рельсового транспорта с питанием от контактной сети постоянного тока. Тяговый электропривод содержит тяговые электродвигатели, полупроводниковый преобразователь электроэнергии с входным фильтром, а также блок управления с датчиком тока. Предложено ввести дополнительный датчик тока на входе входного фильтра и подключать его через дифференцирующее звено к элементу сравнения в блок управления. Устройство позволяет исключить низкочастотные колебания в контуре, образованном тяговой сетью и входным фильтром электропривода, и повысить надежность работы электроподвижного состава. Кроме того, изобретение позволяет уменьшить значительно емкость и индуктивность входного фильтра, его массу и габариты. 3 ил.

Изобретение относится к электрическому транспорту и может быть использовано в тяговых электроприводах электровозов и электропоездов железнодорожного транспорта, в городском электротранспорте (метро, трамвай, троллейбус).

Известен тяговый электропривод, содержащий электродвигатели постоянного тока, импульсный преобразователь и входной LC-фильтр, а также блок управления полупроводниковым преобразователем [1].

Недостаток известного электропривода связан с наличием входного LC-фильтра, имеющего резонансную частоту обычно менее 20 Гц, что при его высокой добротности ведет к возникновению колебательных, слабо затухающих процессов при резких изменениях напряжения контактной сети и тока двигателя.

В качестве прототипа изобретения целесообразно принять тяговый электропривод с питанием от контактной сети постоянного тока, содержащий тяговые электродвигатели, которые посредством полупроводникового преобразователя электроэнергии с входным сглаживающим LC-фильтром подключены к токоприемнику, датчик тока тяговых электродвигателей и задающий элемент, выходы которых подключены к элементу сравнения, а выход последнего - ко входу управляющего элемента, выход которого соединен со входом блока управления полупроводникового преобразователя [2-4].

Недостаток известного привода связан с возможностью генерации низкочастотных колебаний во входной цепи привода.

Техническим результатом является улучшение сглаживания низкочастотных пульсаций тока во входной цепи тягового электропривода и в контактной сети.

Технический результат в предложенном электроприводе достигается за счет того, что дополнительно предусмотрены датчик тока и дифференцирующее звено, причем указанный дополнительный датчик тока своими входами включен во входную цепь входного LC-фильтра, а выходами - через дифференцирующее звено к дополнительному входу элемента сравнения.

Существенные отличительные признаки предложения: - включение датчика тока на входе входного фильтра и подключение его выхода через дифференцирующее звено к элементу сравнения.

Сущность изобретения иллюстрируется на конкретном примере его исполнения, показанном на чертежах, где: - фиг.1 - упрощенная принципиальная электрическая схема тягового электропривода; - фиг.2 - эквивалентная структурная схема замещения тягового электропривода для режима низкочастотных колебаний; - фиг.3 - осциллограмма низкочастотных колебаний.

Предложенный электропривод (фиг.1) содержит тяговые электродвигатели 1 постоянного тока последовательного возбуждения, которые посредством полупроводникового преобразователя 2 и входного LC-фильтра 3 подключены к токоприемнику 4 и узлу заземления 5. В цепь двигателей 1 включен датчик тока 6, а во входной цепи входного фильтра 3 - датчик тока 7. Указанные датчики осуществляют преобразование входных величин I∂ и Iк в пропорциональные выходные сигналы U(I∂) и U(Iк) низкого напряжения с гальванической развязкой входных и выходных цепей. Выход датчика 6 непосредственно, а выход датчика 7 посредством дифференцирующего звена 8 подключены ко входам элемента сравнения 9; к третьему входу элемента 9 подключен выход задающего элемента 10, рукояткой которого машинист устанавливает требуемое значение тягового тока, т.е. тока двигателя 1. Выход элемента сравнения 9 подключен ко входу управляющего элемента 11, а его выход - подключен ко входу блока управления 12 полупроводникового преобразователя 2.

Предложенный тяговый привод работает следующим образом. В стационарном режиме, т.е. при отсутствии возмущений в виде скачков напряжения в контактной сети, обеспечивается поддержание тягового тока двигателей 1 на уровне его значения, заданного машинистом при помощи элемента 10. При этом колебательность входной цепи электропривода определяется эквивалентной структурной схемой по фиг.2.

На фиг. 2 динамические звенья с передаточными функциями W1, W2, W3 и W4 соответствуют: Wl=l/(Lp) - реактору входного фильтра; W2= l/(Cp) - конденсатору входного фильтра; W3 = γ-полупроводниковому преобразователю, работающему с коэффициентом заполнения γ, W4=Т∂•p - дифференцирующему звену с постоянной дифференцирования Т∂. Эквивалентная передаточная функция при этом примет вид колебательного звена с коэффициентом затухания γT∂. При отсутствии предложенной дополнительной связи по производной тока контактной сети T∂= 0, эквивалентная передаточная функция будет соответствовать колебательному звену без затухания и любые возмущения приводят к возникновению низкочастотных пульсаций тока во входной цепи (см. фиг. 3,а).

При наличии предложенной дополнительной связи по производной тока контактной сети T∂≠0, даже возмущения в виде скачка напряжения в контактной сети сопровождаются быстрым затуханием переходного процесса (фиг.3,б).

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в том, что при его использовании электромагнитная совместимость тягового электропривода электроподвижного состава с техническими средствами железнодорожного транспорта обеспечивается при уменьшенных в два раза емкости и индуктивности реактора входного фильтра, а следовательно, уменьшенных массе и габаритах фильтра. Это позволяет в свою очередь снизить потери энергии во входном фильтре на 2%.

Источники информации
1. Результаты испытаний опытного электропоезда ЭР12 с импульсным регулированием напряжения в режиме тяги. Б.И. Калинкин и др. Труды ВНИИЖТ, 1981, вып. 636, с. 108-119.

2. Электрооборудование перспективного варианта высокоскоростного поезда ЭР200. Колоколов Ю.В. и др. Труды МИИТа, 1989, вып.833, с. 77-91.

3. Авторское свидетельство 880810. Тяговый электропривод с питанием от контактной сети постоянного тока. Б.И. 1981, 42, кл. Н 02 М 3/14.

4. Феоктистов В.П. Структуры систем автоматического регулирования тяговых электроприводов с импульсными преобразователями. В сб. "Электротехническая промышленность", серия "Преобразовательная техника", 1979, вып. 1(118), с. 26-29, рис.1-2.

Формула изобретения

Тяговый электропривод с питанием от контактной сети постоянного тока, содержащий тяговые электродвигатели, которые посредством полупроводникового преобразователя электроэнергии с входным сглаживающим LC-фильтром подключены к токоприемнику, датчик тока тяговых электродвигателей и задающий элемент, выходы которых подключены к элементу сравнения, а выход последнего - ко входу управляющего элемента, выход которого соединен со входом блока управления полупроводникового преобразователя, отличающийся тем, что введены дополнительно датчик тока и дифференцирующее звено, причем указанный дополнительный датчик тока своими входами включен во входную цепь входного LC-фильтра, а выходами - через дифференцирующее звено к дополнительному входу элемента сравнения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3