Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТЯГОВЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к тяговому электроприводу, и может быть использовано на электроподвижном составе с тяговыми асинхронными электродвигателями, получающем питание от контактной сети постоянного тока.

Известен способ управления тяговым электроприводом, состоящим из тягового асинхронного электродвигателя, подключенного к преобразователю, который через входной фильтр, содержащий реактор и конденсатор, соединен с контактной сетью постоянного тока, в котором управление тяговым асинхронным электродвигателем осуществляют путем изменения величины и частоты питающего напряжения так, чтобы обеспечивать требуемое значение вращающего момента [1, 2, 3, 4].

Этот способ обеспечивает получение требуемых тяговых характеристик, то есть зависимостей силы тяги от скорости в установившихся режимах движения.

Недостатком известного способа является то, что при переходных режимах, связанных с изменением сил сопротивления, коэффициента сцепления колес с рельсами, изменениями напряжения в контактной сети и др., во входном фильтре возникают колебания токов и напряжений, которые приводят к появлению в контактной сети токов помех. Частоты этих помех могут совпадать с частотами сигналов рельсовых цепей, используемых для контроля занятости путей, а их уровень превышать допустимую величину. Появление в тяговом токе таких составляющих, уровень которых превышает заданную величину, должно быть исключено по условиям безопасности.

Известны способы уменьшения уровня помех путем увеличения емкости конденсатора и индуктивности реактора фильтра. Однако это приводит к увеличению массы и габаритов фильтра, увеличению потерь мощности в реакторе фильтра, что снижает энергетические показатели тягового электропривода.

Целью изобретения является снижение уровня помех, генерируемых тяговым электроприводом в контактную сеть, и повышение его энергетических показателей.

Технический результат в предложенном способе достигается за счет того, что измеряют падение напряжения на реакторе фильтра, выделяют переменную составляющую измеренного напряжения, сравнивают ее с заданной величиной, определяя величину и знак рассогласования, и при отрицательном рассогласовании увеличивают частоту питающего двигатель напряжения пропорционально величине рассогласования, а при положительном - уменьшают частоту питающего двигатель напряжения так же пропорционально величине рассогласования.

Существенные отличительные признаки предложения, заключающиеся в совокупности действий (измерение падения напряжения на реакторе фильтра, выделение переменной составляющей измеренного напряжения, ее сравнение с заданной величиной, определение величины и знака рассогласования и увеличение частоты питающего электродвигатель напряжения при отрицательном и уменьшение - при положительном рассогласовании пропорционально величине рассогласования), позволяют снизить уровень помех, генерируемых тяговым электроприводом в контактную сеть.

Это обусловлено тем, что измерение напряжения на реакторе фильтра, выделение переменной составляющей этого напряжения и сравнение его с заданной величиной, например с нулевым значением, позволяет определить переменную составляющую напряжения на конденсаторе фильтра, которая является причиной появления помех в токе контактной сети. Изменение частоты питающего асинхронный электродвигатель напряжения приводит к изменению тока, потребляемого преобразователем от конденсатора фильтра, а следовательно, и к изменению напряжения на нем. При этом увеличение частоты увеличивает ток, потребляемый преобразователем, и уменьшает напряжение на конденсаторе, а следовательно, и величину тока помехи в реакторе и контактной сети. Изменение частоты питающего двигатель напряжения пропорционально величине переменного напряжения в соответствии со знаком этого напряжения автоматически будет изменять входной ток преобразователя, а следовательно, и величину напряжения на конденсаторе фильтра, и способствовать снижению уровня помех, генерируемых тяговым приводом в контактную сеть.

На чертеже показана схема, поясняющая предложенный способ.

Тяговый электропривод состоит из тягового асинхронного двигателя 1, подключенного к преобразователю 2, который через входной фильтр 3, содержащий реактор 4 и конденсатор 5, подключен к источнику питания - контактной сети постоянного тока. Двигатель 1 снабжен датчиком частоты вращения 6. Управление преобразователем осуществляется устройством 7, на входы которого поступают сигналы заданной величины вращающего момента 8, фактической скорости вращения двигателя от датчика скорости 6 и напряжения на реакторе 4 фильтра от датчика напряжения 9.

Управление тяговым приводом осуществляется следующим образом.

Задают требуемое значение вращающего момента 8 тягового двигателя и в зависимости от величины сигнала с датчика 6 о фактической скорости вращения двигателя формируют импульсы управления преобразователем с частотой и в последовательности, обеспечивающие необходимое изменение величины и частоты питающего двигатель напряжения для получения требуемого момента двигателя. При этом преобразователь 2 преобразует постоянное напряжение на конденсаторе фильтра 5, поступающее от контактной сети через реактор 4, в переменное, регулируемое по величине и частоте в соответствии с сигналами устройства управления.

В установившемся режиме ток, потребляемый преобразователем 2, имеет высокочастотные составляющие, которые хорошо сглаживаются фильтром 3 и не попадают в контактную сеть. Гладкая составляющая тока преобразователя, равная среднему значению, протекает через реактор и создает на нем падение напряжения, которое имеет только постоянную составляющую, равную падению напряжения на активном сопротивлении реактора.

В переходных режимах, связанных, например, с изменениями напряжения в контактной сети, изменениями алгоритма переключения вентилей в преобразователе и др. , во входном фильтре возникают колебания токов и напряжений, частоты которых могут совпадать с частотами сигналов рельсовых цепей. При этом в токе контактной сети кроме гладкой составляющей появляются токи помех с указанными частотами.

Ток контактной сети, протекающий через реактор фильтра, создает на нем падение напряжения u_L=U₀+u_~, которое измеряется датчиком 9 и содержит постоянную U₀ и переменную u_~ составляющие. В устройстве управления выделяют переменную составляющую напряжения u_~, сравнивают ее с заданной u_~зад и определяют величину и знак рассогласования Δu_~=u_~зад-u_~. Согласно предлагаемому способу управления частоту питающего двигатель напряжения изменяют в соответствие с выражением f=f₀+k•Δu_~, в котором содержится постоянная составляющая f₀, необходимая для обеспечения требуемого значения вращающего момента, и дополнительная k•Δu_~, которая в зависимости от знака Δu_~ увеличивает или уменьшает частоту питающего напряжения. Такое изменение частоты приводит к изменению тока, потребляемого преобразователем, и снижает уровень помех, генерируемых тяговым приводом в контактную сеть.

Технико-экономическая эффективность предложения определяется тем, что при его использовании уровень помех, генерируемых тяговым электроприводом, может быть снижен при уменьшенных емкости и индуктивности реактора фильтра, а следовательно, уменьшенных массе и габаритах фильтра. Это позволяет в свою очередь снизить потери энергии во входном фильтре на 2%.

Источники информации
1. Х. -П. Бек. Импульсный инвертор на запираемых тиристорах. - Железные дороги мира, 1990, 2, с.31-42.

2. Г. Гедеон и др. Микропроцессорная система управления тяговым приводом высокоскоростного электропоезда ICE. - Железные дороги мира, 1990, 3, с.5-11.

3. П. Валтонен и др. Электровоз с асинхронными двигателями. - Железнодорожный транспорт, 1986, 11, с. 37-40.

4. P. Falk, W. Lobel, R. Winden. Die elektrische Ausrustung der ICE-Triebkopfe. Elektrische Bahnen, 1985, 10, s.319-334.