Результат интеллектуальной деятельности: Преобразователь тяговый электровоза

Изобретение относится к областям электротехники и железнодорожного транспорта, в частности к преобразованию переменного тока в стабильный по напряжению постоянный с последующим преобразованием его в регулируемый переменный для питания тяговых двигателей.

Известна полезная модель «Устройство для управления асинхронным двигателем транспортного средства» по патенту РФ №105095 с датой публикации 27.05.2011, содержащая преобразователи постоянного напряжения в трехфазные напряжения с регулируемыми раздельно для каждого из преобразователей амплитудой и частотой. Входы преобразователей постоянного напряжения в трехфазное переменное напряжение подключены к выходу реверсивного выпрямителя. Вход реверсивного выпрямителя подключен к выводам обмотки собственных нужд тягового трансформатора, трансформатор соединен с контактной сетью однофазного переменного тока. Реверсивный выпрямитель образован по мостовой схеме, в каждом плече которой включен IGBT-транзистор и встречно-параллельно ему включен диод.

Недостатками полезной модели являются: низкая надежность из-за влияния отказа реверсивного выпрямителя на все каналы преобразователя и отсутствие защиты от перенапряжений.

Из уровня техники известен тяговый преобразователь для электровоза по патенту РФ №89036 на полезную модель с датой публикации 27.11.2009 г., состоящий из отсека охлаждения, раздающего и собирающего жидкостные коллекторы, а также силового отсека, содержащего соединенные патрубками с раздающим и собирающим коллекторами жидкостные охладители с переключающими IGBT модулями, образующими фазы двух трехфазных автономных инверторов, входами «плюс» и «минус» подключенных к соответствующим выводам батареи конденсаторов, а выходами подключенных к фазным выводам двух трехфазных электродвигателей, и два тормозных регулятора.

Недостатком тягового преобразователя является усложненная кабельная система из-за большого количества электрических и оптических связей, свойственных централизованной системе управления.

Наиболее близким техническим решением является «Модуль электропитания блока электродвигателя» по заявке №201401024 на выдачу евразийского патента с датой публикации 29.02.2016 г. Модуль электропитания блока электродвигателя, предназначенный для подключения между контактной линией, через которую проходит первый сигнал электропитания заданной частоты, и блоком электродвигателя, содержит:

- средства фильтрации, выполненные с возможностью приема второго электрического сигнала, и фильтрации паразитной составляющей для получения третьего сигнала электропитания, подаваемого в блок электродвигателя. При этом второй сигнал получен из первого сигнала электропитания и содержит паразитную составляющую, частота которой равна двойной указанной заданной частоте.

- преобразователь переменного тока в постоянный, подключенный между контактной линией и средствами фильтрации.

Модуль электропитания может содержать электрический трансформатор, содержащий первичную электрическую цепь, подключаемую к контактной линии, и вторичную электрическую цепь, соединенную с указанным преобразователем переменного тока в постоянный.

Недостатком данного технического решения является низкая надежность всего электровоза из-за влияния отказа одного из каналов на работу других каналов секции, связанных через общий тяговый трансформатор, а также отсутствие функции ограничения перенапряжения контактной сети.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение функциональных возможностей преобразователя тягового, а именно повышение надежности и помехозащищенности, быстродействия и коэффициента мощности.

Техническими результатами изобретения являются обеспечение надежности и помехозащищенности, быстродействия и повышение коэффициента мощности.

Технические результаты обеспечиваются за счет того, что преобразователь тяговый электровоза содержит блок электродвигателя, средства фильтрации, преобразователь переменного тока в постоянный, подключенный между контактной линией и средствами фильтрации. Кроме того, преобразователь тяговый электровоза содержит n число каналов тяговых преобразователей, в каждом из которых имеются контакторы подключения электропитания и цепи первоначального запуска, состоящие из контакторов и резистора, тормозной регулятор тока с тормозным резистором. При этом преобразователь переменного тока в постоянный содержит систему управления, включающую последовательно соединенные устройство сравнения напряжения, регулятор напряжения, модуль фазовой автоподстройки частоты, перемножитель, устройство сравнения тока, резонансный регулятор, блок ШИМ.

Блок электродвигателя может состоять из преобразователя постоянного напряжения в переменное и электродвигателя. Резонансный регулятор может быть выполнен в виде пропорционально-резонансного и может иметь связь со значением частоты сети, используемой в передаточной функции. Преобразователь тяговый электровоза может содержать распределенную систему управления, ключ, состоящий из контактора предварительного заряда, общего выключателя и зарядного резистора.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя тягового тепловоза.

На фиг. 2 представлена структурная схема системы управления преобразователем переменного тока в постоянный.

Преобразователь тяговый 1 электровоза содержит преобразователь переменного тока в постоянный 2, подключенный между контактной линией и средствами фильтрации 3 (могут быть с нулевой индуктивностью), тормозной регулятор тока 4, блок электродвигателя 5. При этом преобразователь тяговый 1 содержит n число каналов тяговых преобразователей, в каждом из которых имеются контакторы 6 подключения электропитания и цепи первоначального запуска, состоящие из контакторов К1, К2 и резистора R1. Кроме того, тормозной регулятор тока 4 содержит тормозной резистор 7. К выходу преобразователя 2 переменного тока в постоянный подключен преобразователь постоянного напряжения в переменное 8, обеспечивающий питание тягового электродвигателя.

Преобразователь переменного тока в постоянный 2 содержит систему управления 9, включающую последовательно соединенные устройство сравнения напряжения 10, регулятор напряжения 11, модуль фазовой автоподстройки частоты 12, устройство сравнения тока 13, перемножитель 14, резонансный регулятор 15, блок ШИМ 16.

Блок электродвигателя 5 может состоять из преобразователя 8 постоянного напряжения в переменное и электродвигателя. Резонансный регулятор 15 может иметь связь со значением частоты сети, используемой в передаточной функции.

Преобразователь тяговый электровоза 1 может содержать распределенную систему управления. В распределенной системе управления каждый функциональный модуль (поз. 2, 4, 8) имеет свое микропроцессорное устройство (вычислитель) (поз. 9, 18, 19) и общий управляющий орган 20, обеспечивающий управление собственными нуждами преобразователя 1, сбор диагностической информации и выдачу заданий функциональным модулям (поз. 2, 4, 8), а также обеспечивающий взаимодействие системы управления электровоза.

Преобразователь тяговый работает следующим образом.

Переменное напряжение с обмотки тягового трансформатора поступает на контакторы 6 (К1 и К2). Первоначальный запуск производится подключением контактора (К1), с выхода которого напряжение поступает на преобразователь переменного тока в постоянный 2 через зарядный резистор (R1), ограничивающий величину пускового тока. После запуска цепь пуска шунтируется включением контактора (К2). При отказе имеется возможность отключения канала преобразователя тягового 1 от тягового трансформатора отключением контакторов (К1 и К2).

Преобразователь переменного тока в постоянный 2 производит выпрямление и стабилизацию напряжения постоянного тока на выходе, к которому подключен конденсатор фильтра 3 (С1). Преобразователь 2 обеспечивает передачу электрической энергии в обоих направлениях: от контактной сети к электродвигателю и обратно. К выходу подключен тормозной регулятор тока 4, который в случае перенапряжений направляет избыточную энергию на тормозной резистор 7 (R2). К выходу преобразователя переменного тока в постоянный 2 подключен преобразователь постоянного напряжения в переменное 8, обеспечивающий питание тягового электродвигателя.

Для стабилизации постоянного напряжения на выходе преобразователя переменного тока в постоянный 2 используется устройство сравнения 10 и регулятор напряжения 11. Для формирования сигнала задания тока используется перемножитель 14, с выхода которого сигнал идет на устройство сравнения тока 13, к выходу которого подключается резонансный регулятор 15, обеспечивающий требуемые параметры регулирования тока и коэффициента мощности. С резонансного регулятора 15 сигнал поступает на блок ШИМ 16 для управления силовой частью преобразователя переменного тока в постоянный 2. Резонансный регулятор 15 может быть выполнен в виде пропорционально-резонансного. Модуль 16 обеспечивает синхронизацию с сетью и служит для повышения помехозащищенности и обеспечения работы в переходных режимах, например при проезде нейтральной вставки или отрыве токоприемника.

Преобразователь тягового электровоза содержит блок электродвигателя, средства фильтрации, преобразователь переменного тока в постоянный, подключенный между контактной линией и средствами фильтрации, а также содержит n число каналов тяговых преобразователей, в каждом из которых имеются контакторы подключения электропитания и цепи первоначального запуска, состоящие из контакторов и резистора, тормозной регулятор тока с тормозным резистором, при этом преобразователь переменного тока в постоянный содержит систему управления, включающую последовательно соединенные устройство сравнения напряжения, регулятор напряжения, модуль фазовой автоподстройки частоты, перемножитель, устройство сравнения тока, резонансный регулятор, блок ШИМ, что обеспечивает помехозащищенность, быстродействие и повышение коэффициента мощности.

Кроме того, признаки зависимых пунктов формулы также влияют на достижение заявленных технических результатов.