Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВЕНТИЛЯТОРА ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к преобразовательной технике преимущественно транспортного назначения и предназначено, в частности, для регулирования производительности вентиляторов с приводными трехфазными асинхронными электродвигателями на электровозах переменного тока.

Известно устройство для регулирования производительности вентиляторов, содержащее регулятор напряжения, промежуточное звено постоянного напряжения, автономный трехфазный инвертор и трехфазный понижающий трансформатор, к выходу которого подключены трехфазные асинхронные электродвигатели привода вентиляторов [1]. Регулирование производительности вентиляторов осуществляется путем изменения частоты питающего асинхронные электродвигатели напряжения. Несмотря на возможность плавного регулирования частоты напряжения, на практике используют три фиксированные частоты, что соответствует трем ступеням частоты вращения электродвигателей. Недостатком известного является сложность преобразователя, большие масса и габариты, а также повышенные потери электрической энергии в преобразователе.

Известно также устройство для регулирования производительности вентилятора электровоза переменного тока, содержащее тяговый трансформатор, имеющий первичную обмотку, подключенную к питающей сети, обмотку собственных нужд с концевыми и промежуточным выводами, преобразователь частоты, состоящий из четырех тиристоров и блока управления, соединенного своими выходами с управляющими входами тиристоров, и асинхронный трехфазный электродвигатель привода вентилятора, которое целесообразно принять в качестве прототипа изобретения [2].

Управление тиристорами преобразователя частоты позволяет сформировать переменное трехфазное напряжение с частотой в три раза меньше, чем частота напряжения питающей сети. Т.е. при частоте напряжения питающей сети 50 Гц можно получить напряжение на выходе преобразователя с частотой, равной 50/3=16²/₃ Гц, чему соответствует пониженная частота вращения приводного двигателя вентилятора. При работе приводного двигателя на пониженной частоте вращения производительность вентилятора снижается в три раза, а мощность приводного двигателя уменьшается в 27 раз, что обеспечивает пониженное потребление электроэнергии на собственные нужды электровоза.

При работе вентилятора на номинальной частоте вращения питание фаз двигателя осуществляется непосредственно от концевых выводов обмотки собственных нужд трансформатора. Переключение двигателя привода вентилятора с номинальной частоты вращения (50 Гц) на пониженную частоту вращения (16²/₃ Гц) и обратно осуществляется в зависимости от токовой нагрузки электрического оборудования электровоза.

Недостатком известного является ограниченное число ступеней пониженной частоты вращения вентилятора - одна, что при токах нагрузки больше половины номинального значения требует переключения на номинальную частоту вращения и влечет за собой повышенные затраты электрической энергии на вспомогательные нужды электровоза.

Техническим результатом является увеличение числа ступеней пониженной частоты вращения двигателя, что позволяет расширить диапазон регулирования производительности вентилятора по току нагрузки и сократить затраты электрической энергии на вспомогательные нужды электровоза.

Технический результат в предложенном устройстве достигается тем, что тиристоры соединены в две группы по два последовательно включенных тиристора и подключены к концевым выводам обмотки собственных нужд тягового трансформатора, причем одна группа тиристоров включена согласно с направлением обмотки, а вторая - встречно, к общей точке соединения тиристоров первой группы подключена первая фаза асинхронного двигателя, к общей точке соединения тиристоров второй группы подключена вторая фаза асинхронного двигателя, а третья фаза асинхронного двигателя подключена к промежуточному выводу обмотки собственных нужд трансформатора.

Существенные отличительные признаки предложения:

- что тиристоры соединены в две группы по два последовательно включенных тиристора и подключены к концевым выводам обмотки собственных нужд тягового трансформатора, причем одна группа тиристоров включена согласно с направлением обмотки, а вторая - встречно, к общей точке соединения тиристоров первой группы подключена первая фаза асинхронного двигателя, к общей точке соединения тиристоров второй группы подключена вторая фаза асинхронного двигателя, а третья фаза асинхронного двигателя подключена к промежуточному выводу обмотки собственных нужд трансформатора.

Введение в устройство совокупности новых взаимосвязей позволяет расширить диапазон регулирования частоты вращения вентилятора по току нагрузки и сократить затраты электрической энергии на вспомогательные нужды электровоза.

Это обусловлено тем, что устройство позволяет при поочередном включении тиристоров двух групп сформировать на фазах двигателя переменное напряжение с частотами равными 50/2=25 Гц, 50/4=12.5 Гц, 50/8=6.25 Гц и т.д.. Кроме того, поочередно-циклическое включение тиристоров двух групп позволяет сформировать на фазах двигателя переменное напряжение с частотой, равной 50/3=16²/₃ Гц. Таким образом, устройство обеспечивает дополнительные ступени регулирования частоты вращения двигателя, и расширяется диапазон регулирования производительности вентилятора.

На чертеже представлена схема устройства для регулирования частоты вращения вентилятора.

Устройство для регулирования частоты вращения вентилятора электровоза переменного тока содержит тяговый трансформатор 1, имеющий первичную обмотку 2, подключенную к питающей сети 3 и обмотку собственных нужд 4 с концевыми и промежуточным выводами. Преобразователь частоты содержит четыре тиристора 5, 6, 7, 8 и блок управления 9, соединенный своими выходами с управляющими входами тиристоров. Тиристоры соединены в две группы по два последовательно включенных тиристора (5, 7 и 6, 8) и подключены к концевым выводам обмотки собственных нужд 4. Одна группа тиристоров 5, 7 включена согласно с направлением обмотки, а вторая 6, 8 - встречно. Асинхронный трехфазный электродвигатель 10 подключен: первой фазой к общей точке соединения тиристоров 5 и 7, второй фазой - к общей точке соединения тиристоров 6 и 8, а третьей фазой - к промежуточному выводу обмотки собственных нужд 4.

Предложенное устройство работает следующим образом. На тиристоры преобразователя подают импульсы управления таким образом, чтобы период выходного напряжения был кратен периоду напряжения питания.

Так, для получения выходного напряжения с частотой 50/2=25 Гц тиристоры преобразователя включают следующим образом: тиристор 5 включают в полупериоды питающего напряжения 1-5-9-13-..., тиристор 6 - в полупериоды 4-8-12-16-..., тиристор 7 - в полупериоды 3-7-11-15-..., а тиристор 8 - в 2-6-10-14-... полупериоды питающего напряжения. Для получения выходного напряжения с частотой 50/4=12.5 Гц тиристоры преобразователя включают следующим образом: тиристор 5 включают в полупериоды питающего напряжения 1-9-17-25-..., тиристор 6 - в полупериоды 8-16-24-32-..., тиристор 7 - в полупериоды 5-13-21-29-..., а тиристор 8 - в 4-12-20-28-... полупериоды питающего напряжения.

Для получения же выходного напряжения с частотой 50/3=16²/₃ Гц тиристоры преобразователя включают поочередно-циклически следующим образом: тиристор 5 включают в полупериоды питающего напряжения 1-7-13-19-..., тиристор 6 - в полупериоды 4-10-16-22-..., тиристор 7 - в полупериоды 3-9-15-21-..., а тиристор 8 - в 2-8-14-20-... полупериоды питающего напряжения.

Наличие дополнительной ступени пониженной частоты вращения вентилятора (25 Гц) снижает его производительность в два раза, а полезную мощность двигателя в 2³, т.е. в 8 раз. Так как при пониженной в два раза производительности вентилятора обеспечивается удовлетворительная работа электрооборудования электровоза при токах нагрузки до 0.75 номинального значения, то это расширяет диапазон регулирования частоты вращения вентилятора по току нагрузки и позволяет дополнительно сократить затраты электрической энергии на вспомогательные нужды электровоза.

Технико-экономическая эффективность предложения определяется тем, что при его использовании увеличивается до двух число ступеней пониженной частоты вращения вентилятора. Это позволяет расширить по току нагрузки диапазон работы вентилятора с пониженной производительностью и дополнительно сократить затраты электрической энергии на вспомогательные нужды электровоза на 20% по сравнению с одноступенчатым регулированием частоты вращения вентилятора электровоза.

Источники информации

1. Лещев А.И., Матекин С.С., Усвицкий С.А., Кириллов B.C. Электровоз двойного питания ЭП10. - "Локомотив", №11, 1999 г., с.28-32.

2. Рутштейн А.М., Щупак А.А., Бабин А.А. Опытный электровоз ВЛ85. - "Электрическая и тепловозная тяга", №1, 1991 г., с.38-40.