Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВЕНТИЛЯТОРА ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

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

Известно устройство для регулирования частоты вращения 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 частоты вращения 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 [2], которое целесообразно принять в качестве прототипа изобретения, позволяющее частично устранить указанные недостатки.

Устройство содержит тяговый трансформатор, имеющий первичную обмотку, подключенную к питающей сети, и обмотку собственных нужд с концевыми и промежуточным выводами, преобразователь частоты, содержащий две пары встречно-параллельно включенных тиристоров, блок управления, соединенный своими выходами с управляющими входами тиристоров, и асинхронный трехфазный электродвигатель привода вентилятора.

Две пары тиристоров преобразователя частоты подключены к промежуточному выводу обмотки собственных нужд тягового трансформатора. Асинхронный трехфазный электродвигатель подключен: двумя фазами к свободным выводам указанных пар тиристоров преобразователя частоты и третьей фазой к одному из концевых выводов обмотки собственных нужд тягового трансформатора.

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 первая пара тиристоров преобразователя частоты соединена с одним концевым выводом обмотки собственных нужд, вторая пара тиристоров преобразователя частоты соединена с другим концевым выводом обмотки собственных нужд, а асинхронный трехфазный электродвигатель привода вентилятора подключен: первой фазой - к свободному выводу первой пары тиристоров преобразователя частоты, второй фазой - к свободному выводу второй пары тиристоров преобразователя частоты и третьей фазой - к промежуточному выводу обмотки собственных нужд трансформатора.

Существенные отличительные признаки предложения:

- первая пара тиристоров преобразователя частоты соединена с одним концевым выводом обмотки собственных нужд, вторая пара тиристоров преобразователя частоты соединена с другим концевым выводом обмотки собственных нужд, а асинхронный трехфазный электродвигатель привода вентилятора подключен: первой фазой к свободному выводу первой пары тиристоров преобразователя частоты, второй фазой - к свободному выводу второй пары тиристоров преобразователя частоты и третьей фазой - 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, кроме поочередного включения тиристоров двух групп, при котором частота питающего двигатель напряжения равна 50/3=16²/₃ Гц, дополнительно осуществлять одновременное включение тиристоров первой и второй групп. При этом частота питающего двигатель напряжения становится равной 50/2=25 Гц. Таким образом, обеспечивается дополнительная ступень 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 две пары встречно-параллельно включенных тиристоров 5, 6 и 7, 8 и блок управления 9, соединенный своими выходами с управляющими входами тиристоров. Первая пара тиристоров 5, 6 соединена с одним концевым выводом, а вторая пара тиристоров 7, 8 - с другим концевым выводом обмотки собственных нужд 4. Асинхронный трехфазный электродвигатель 10 подключен: первой фазой к свободному выводу первой пары тиристоров 5, 6, второй фазой - к свободному выводу второй пары тиристоров 7, 8 и третьей фазой - к промежуточному выводу обмотки собственных нужд 4.

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

Так, для получения выходного напряжения с частотой 50/3=16²/₃ Гц тиристоры преобразователя включают следующим образом: тиристор 5 включают в полупериоды питающего напряжения 1-7-13-19-..., тиристор 8 - в полупериоды 2-8-14-20-..., тиристор 6 - в полупериоды 4-10-16-22-..., а тиристор 7 - в 5-11-13-19... полупериоды питающего напряжения.

Для получения же выходного напряжения с частотой 50/2=25 Гц тиристоры преобразователя включают следующим образом: тиристор 5 включают в полупериоды питающего напряжения 1-5-9-13-..., тиристоры 6, 8 - в полупериоды 2-6-8-12-..., а тиристор 7 - в 3-7- 11 - 15 -... 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.