Силовой электропривод электрического подвижного состава

 

25I6IO

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 06.Xl 1.1967 (№ 1201584/24-7) с присоединением заявки № 1207158/24-7

Приоритет

Опубликовано 10.1Х.1969. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 11.II.1970

Кл. 201, 5

Комитет ло делам изобретений и аткрмтиЯ лри Совете Министров

СССР

МПК В 601

УДК 621.335.2 (088.8) Авторы изобретения В. Е. Розенфельд, В. В. Шевченко, В. А. Майбога и Г. П. Долаберидзе

Заявитель

СИЛОЙОИ ЭЛЕКТРОПРИВОД ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Изобретение относится к области электро. подвижного состава с использованием статических преобразователей, обеспечивающих режим тяги и рекуперативного торможения.

Известны схемы электроподвижного состава постоянного тока, содержащие группу тяговых двигателей, статический бестрансформаторный преобразователь тока, состоящий из параллельно соединенных импульсных преобразователей, выполненных в виде последовательчо соединенных цепочек из дросселя и тиристора, коммутирующих конденсаторов и неуправляемых вентилей. Но в известной схеме затруднено равномерное распределение нагрузок между последовательно соединенными вентилями, она не обеспечивает работы в режиме рекуперапии.

Предлагаемое устройство позволяет устранить эти недостатки. Это достигается тем, что каждый коммутирующий конденсатор статического бестрансформаторного преобразователя своей одной обкладкой подключен к общей положительной шине, а другой — к катоду тиристора, а тяговые двигатели подключены к статическому преобразователю через коммутирующие элементы. При последовательном соединении нескольких тиристоров, коммутирующий конденсатор делится на число, соответствующее числу тиристоров, и каждая часть подключается параллельно цепочке тиристор— дроссель.

На фиг. 1 дана схема электровоза постоянного тока с и последовательно соединенными

5 тиристорами импульсных преобразователей; на фиг. 2 — то же, для режима рекуперации; на фиг. 3 — линейная диаграмма работы устройства по схеме фиг. 1; на фиг. 4 — то же, для устройства, показанного на фиг, 2. Статиlo ческий бестрансформаторный преобразователь состоит из и однофазных ячеек, работающих

2-,. со сдвигом — по отношению друг к другу, п питающих один общий двигатель или группу

15 двигателей.

На фиг. 1 приведена в качестве примера трехфазная схема. Многофазные системы преобразования облегчают подавление пульсаций в цепи нагрузки и в цепи питающего тока, а

20 также увеличивают надежность преобразования, так как при выходе из строя одной из фаз возможна работа установки на оставшихся фазах.

Работу предлагаемой схемы рассмотрим для

25 простоты в одноимпульсовом режиме при работе только одной фазы. Каждая фаза преобразователя состоит из нагрузочного контура, управляемых вентилей  — В„, токоограничивающих дросселей L> — L и конденсаторов

30 С вЂ” С„. Нагрузочный контур образован тяго251610

3 вым двигателем ТД, сглаживающей индуктивностью L„и разделительным вентилем В. Для замыкания тока двигателя создан дополнительный контур путем шунтирования ТД и L„ неуправляемым вентилем В,. Схема питается от сети постоянного тока с напряженнем Uz, через фильтр 1.фСф.

Работа схемы поясняется линейной диаграммой на фиг. 3.

Для упрощения анализа работы схемы сделаны следующие допущения: а) величина емкости Сф входного фильтра бесконечно велика;

6) сглаживающая индуктивность L, в цепи тягового двигателя достаточно велика; в) падение напряжения в вентилях равно нулю.

В момент времени 1, вентили Bi — В„одновременно отпираются путем подачи на нх управляющие электроды отпирающнх импульсов от специального электронного генератора импульсов. В контуре -ТД; B„L„, В в это время протекает ток, величина которого равна среднему за период значению тока через двигатель I„. На диаграмме фиг. 3 величина этого тока показана линией I, параллельной оси абсцисс. Учитывая, что величина нндуктивности с „. принята достаточно большой, пульсациями тока двигателя можно пренебречь. 11апряжение на емкостях С .— С„при запертых вентилях В, — В„делится поровну

Ug и составляет величину U, = для каждой и емкости. В управляемых вентилях с момента

t0 происходит нарастание тока i, по линейному закону до момента t>, когда i„достигает величины 1„, а ток 4, вентиля В0 падает до нуля. За время 1, — ti напряжение на емкостях

,, продолжает сохраняться равным . После и достижения током U> величины I „начинается разряд емкостей С вЂ” С„в контурах

C — L), С2 — Lz, ... ф— Е„через открытые управляемые вентили током i„, равным разности между токами (, и 1„. Напряжение

D, на конденсаторах C> — С„начинает падать, Разность между напряжением на конденсаторе

Сф и напряжением конденсаторов С вЂ” С„ ложится на дроссель L„К моменту 4 ток разряда конденсаторов и ток через управляемые вентили достигает своего максимального значения, а напряжение на конденсаторах

Ci — С„падает до нуля. В дальнейшем емкости C> — С„перезаряжаются, а ток через управляемые вентили спадает, н в момент 1 вновь становится равным току I„. При этом ток через емкости становится равным нулю, а напряжение перезаряда на них достигает максимальной величины. К моменту 1 ток через управляемые вентили прекращается, ток в цепь двигателя поступает через емкости С вЂ” С„.

Напряжение на них изменяется за время 1,— 16 по линейному закону, так как перезаряд пх осуществляется постоянным током, равным 1„,.

В момент 1„напряжение на емкостях С вЂ” С„

V достигает величины —, ток через них преп кращается, падение напряжения на дросселе

L, становится равным э.д.с. двигателя, в работу вступает вентиль В,, через который замыкается цепь тока I„двигателя.

При поступлении отпирающего сигнала на

10 управляемые вентили процесс повторяется.

Как видно из диаграммы, ток в контурах

C, Ly, B) — C„; L„; В„опережает напряжение на этих контурах, что обеспечивает необходимые условия для восстановления управ15 ляющих свойств вентилей.

В пепроводящий период работы управляемых вентилей В, — В„напряжение на них U, равно соответственно напряжению на емкостях C — С.. Промежуток 14 — 4 представляет собой время на восстановление управляющих свойств вентилей.

Отличительной особенностью предлагаемой схемы преобразователя постоянного тока является равномерное распределение индуктивностей L(— L и емкостей Cf — С„ колебательного контура преобразователя между последовательно включенными управляемыми вентилями — тиристорами для обеспечения надежной работы их при последовательном сое30 динении.

В измененной схеме (фиг. 2) использованы все те же элементы, что и в схеме на фиг. 1.

Коммутирующие емкости преобразователя в режиме тяги и рекуперации отключены от общего минусового провода и присоединены к общей положительной шине. В режиме тяги замкнуты контакторы T и разомкнут контактор P. В режиме рекуперации контакторы Т разомкнуты, контактор P замкнут, обмотки

40 возбуждения тяговых двигателей ореверсированы. Преобразователь позволяет получить режим тяги и рекуперации при двигателях независимого или последовательного возбуждения. Рекуперативный режим реализуется при

45 отношениях напряжения на двигателях к напряжению контактной сети в диапазоне

0,1 — 0,8, что позволяет осуществить рекуперативное торможение, почти до пол ной остановки поезда без регулирования поля тяговых двигателей и без нх перегруппировки.

Рассмотрим работу одной фазы схемы (фиг. 2) в рекуперативном режиме при прежнн: допущениях. Перед отпиранием управляемого вентиля В ток 1 тягового двигателя поступает через вентили Вр и В, в сеть постоянного тока (э. д. с. двигателей изменила свое направление из-за ревесирования обмоток возбуждения). Разность между напряжениями двигателя и сети уравновешивается индуктив 0 постыл L„. К вентилю В приложено полное напряжение фильтровой емкости.

В момент t> производится отпирание вентиля В, появляется ток i,. Изменение токов i „и будет происходить по линейному закону до

65 момента 4, когда ток 1, становится равным

251610

I,, а ток i„, О. При этом поступление энергии от генератора (тяговые двигатели) в сеть постоянного тока прекращается, и начинается разряд емкости С на индуктивность L.

В момент t3 емкость С полностью разрядится, а ток i, достигнет максимального значения. После момента t3 начинается перезаряд емкости С за счет, энергии, накопленной в индуктивности L. Напряжение U, изменяет полярность, ток г, уменьшается. Нарастание огрицательного напряжения на емкости С происходит до момента t4 пока г, )1„. Затем отрицательное напряжение V, начинает уменьшаться, так как ток t, становится ме liше I„,.

В момент 4 вентиль В гаснет, и ток г, поступает только в емкость С. Напряжение на этой емкости изменяется до тех пор, пока не достигнет напряжения питающей сети. В момент t7 напряжение U, становится равным

UI, заряд емкости С прекращается, и ток 1„, а следовательно, и энергия, вырабатываемая тяговым двигателем, начинает вновь поступать в сеть постоянного тока. После отпирания вентиля В в момент tq процесс в схеме повторяется. Средние значения напряжения

U, и тока i „ за период определяют соответственно напряжение на двигателе и ток, поступающий в сеть.

В рассмотренном режиме рекуперативиого торможения разделительный вентиль В р не играет никакой роли. Его назначение — препятствовать разряду емкости С на цепь двигателя в том случае, когда ток г, вследствие небольшой величины индуктивности L, имеет разрывы.

Рекуперативное торможение, как и режим тяги, может осуществляться с помощью многофазных схем преобразования. Для этого к цепи двигателей, работающих в генераторном режиме, подключают несколько фаз, которые включены на общий фильтр Сф, L4, . При уменьшении напряжения двигателя для поддержания процесса рекуперации следует увеличивать частоту включения управляемого вентиля В.

К отличительным особенностям этой схемы электровоза следует отнести следующее.

Малое число силовых контакторов, необходимых для переключения схемы с режима тяги на рекуперацию и обратно.

Отсутствие необходимости перегрунпировок двигателей и ослабление поля при реализации процесса рекуперации в широком диапазоне скоростей и возможность рскупсрации почти до полной остановки поезда.

Возмои ность использов,I»11 и схеме двигателей как независимого, так и последователь5 ного возбуждения без специальных возбудителей.

Использование в схеме колебательного контура, отбор мощности из которого в контактную сеть осуществляется через неуправляемый

10 вентиль и фильтрующее звено, что позволяет рея, lизовять пежим рек1 перяци1! при напряжен;1и на двиг-.òåëÿx меньшем, чем иапряжеHI!A коптя! тной сети, II ис! лlочить опасность перекрытий коллектора в рекуперативиом ре15 гки:1е.

Осуществление равномерного распределения нагрузок между параллельно работающими генераторами последовательного возбуждения путем включения каждой группы их на часть

20 преобразователя.

Отделение колебательного контура от цепи двигателя неуправляемым вентилем, предотвращающим возможность разряда емкости контура на цепь двигателя.

Ппедмет изобретения

1. Силовой электропривод электрического подвижного составл, содержащий группу тягoBhIx. двигателей постоянного тока и статиче30 ский- бестрансформаторный преобразователь тока, состоящ!гй из и параллельно соединенных импульсных преобразователей, выполненных в виде последовательно соед!гненных цепочек из дросселя, тиристора и коммутирую35 щего конденсатора, одна обкладка которого подключена к катоду тиристора, и неуправлясмых вентилей, от.ггг гаюциг1ся тем, что, с целью повышения надежности устройства и обеспечения режil!1я рею.пeряц»и, 1 яждыll укязяи40 ный коммутирующии конденсатор своей второй обкладкои подключен к общей положителbklой шине.

2. Электропривод по п. 1, or гичаюигийся тем, что указанный коммутирующий конденса45 тор разделен на гг частей, каждая из которых подключена параллельно цепочке тиристор-дроссель.

3. Электропривод по и. 1, от.гичаюи1ийся тем, что, с целью обеспе гения режима рекупе50 рации, указанные тяговые двигатели подкгиочены к статическому бестрансформаторному преобразователю через коммутирующие элементы.

Приоритет по п. .3 исчислять с 29ЛП.1967 r.