×
01.07.2020
220.018.2d8e

СПОСОБ ВЫРАВНИВАНИЯ НАГРУЗКИ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для выравнивания нагрузки тяговых двигателей в режиме рекуперативного торможения на электроподвижном составе (электровозах и электропоездах), получающем питание от контактной сети однофазного переменного тока. Технический результат – равномерная загрузка обеспечивается тем, что в силовую схему электровоза добавляются шунтирующие ключи на базе управляемых полупроводниковых приборов - транзисторов, которые шунтируют часть балластных резисторов, тем самым позволяя изменять их активное сопротивление в необходимые моменты времени. Управление включением и выключением транзистора шунтирующего ключа производится с помощью подачи на его затвор соответственно отпирающего или запирающего сигнала управления со стороны драйверов системы управления. Заявляемый способ выравнивания нагрузки тяговых двигателей в режиме рекуперативного торможения реализуется в устройстве, содержащем тяговый трансформатор, выпрямительно-инверторные преобразователи, выпрямительную установку возбуждения, тяговые двигатели, сглаживающий реактор, блоки балластных резисторов, датчики тока, шунтирующие ключи, драйверы с гальванической развязкой, систему управления. При возникновении разности между величинами токов якорных обмоток тяговых двигателей она считывается системой управления посредством датчиков тока, которая формирует управляющие сигналы для транзистора шунтирующего ключа и посредством драйверов управления производит включение и выключение шунтирующего ключа в определенные моменты времени. Включение шунтирующего ключа позволяет току частично протекать через открывшийся ключ, а не через балластный резистор, тем самым обеспечивая изменение величины активного сопротивления балластного резистора и, соответственно, выравнивание нагрузки тяговых двигателей. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к преобразовательной технике, и может быть использовано для выравнивания нагрузки тяговых двигателей в режиме рекуперативного торможения на электроподвижном составе (электровозах и электропоездах), получающем питание от контактной сети однофазного переменного тока.

Уровень техники

Эксплуатация многозонных выпрямительно-инверторных преобразователей на электровозах переменного тока, построенных на управляемых вентилях - тиристорах, сопровождается низким энергетическим показателем - коэффициентом мощности в режиме рекуперативного торможения при инвертировании постоянного тока генератора в переменный ток сети. Снижение коэффициента мощности электровоза происходит за счет значительного угла сдвига фаз между первой гармоникой тока и напряжения в первичной обмотке трансформатора. Это вызывает значительное потребление электровозом реактивной и снижение использования активной составляющих полной мощности.

Якорная цепь тягового электродвигателя (ТЭД) в режиме рекуперативного торможения состоит из последовательно соединенных якоря и блока балластных резисторов, при этом блок балластных резисторов состоит из двух или более последовательно соединенных резисторов. Для повышения коэффициента мощности один или несколько резисторов шунтируются ключем, представляющим собой управляемый полупроводниковый прибор - биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT-транзистор), с помощью которого достигается выравнивание нагрузки ТЭД, причем коллектор транзистора подключается к части балластного резистора для шунтирования его активного сопротивления, а эмиттер транзистора - к анодной шине выпрямительно-инверторного преобразователя электровоза.

Известны различные способы выравнивания нагрузки тяговых двигателей в режиме рекуперативного торможения, а также различные способы повышения коэффициента мощности электровоза переменного тока в режиме рекуперативного торможения.

Известен способ исключения контурных токов на электровозах серий ЭП1, 2ЭС5К [Электровоз ЭП1. Руководство по эксплуатации. Том 1. Ростов-на-Дону, 2006 г., 540 с.; Электровоз магистральный 2ЭС5К (ЗЭС5К). Руководство по эксплуатации. Книга 1. Описание и работа. Электрические схемы. ОАО «ВЭлНИИ», 2006 г., 339 с.], реализуемый за счет включения в цепи якорей ТЭД последовательно с ними диодов для предотвращения появления контурных токов при переходе в режим рекуперативного торможения. Достоинством данной силовой схемы является повышение надежности ее работы в режиме рекуперативного торможения. Недостатком схемы является низкий коэффициент мощности электровоза в режиме рекуперативного торможения.

Известен способ управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем однофазного переменного тока [Патент на изобретение №2561913. Заявка №2014115762/07 от 18.04.2014, опубликовано: 10.09.2015, Бюл. №25], с высоким коэффициентом мощности в режимах тяги и рекуперативного торможения на всех зонах регулирования, в котором осуществляется шунтирование цепи выпрямленного тока преобразователя двумя цепочками, каждая из которых выполнена из последовательно соединенных силовых неуправляемого вентиля - диода и управляемого вентиля - тиристора и подключена между катодной и анодной шинами преобразователя. В первой цепочке катод диода подключают к катодной шине, а анод тиристора к анодной шине преобразователя. Во второй цепочке катод диода подключают к анодной шине, а анод тиристора к катодной шине преобразователя. Бесконтактное отключение диода каждой цепочки при переходе преобразователя из режима выпрямителя в инвертор и наоборот производится с помощью управляемого вентиля - тиристора, который своим запертым состоянием отключает соответствующую цепочку. Достоинствами данного способа управления многозонным выпрямительно-инверторным преобразователем является повышение коэффициента мощности электровоза в режимах выпрямителя и инвертора на всех четырех зонах регулирования напряжения за счет шунтирования цепи выпрямленного тока одной из двух (первой или второй) цепочками, а также бесконтактное отключение каждой из цепочек с помощью тиристора от анодной или катодной шины при переходе преобразователя из режима выпрямителя в режим инвертора и наоборот, что повышает надежность работы преобразователя по сравнению с контактными схемами. Недостатком данного способа управления является невозможность выравнивания нагрузки ТЭД, разность которой оказывает снижающий эффект на коэффициент мощности электровоза и увеличивает коэффициент относительной пульсации тока якоря ТЭД. Кроме того, для каждого режима работы преобразователя предлагается отдельная цепочка из последовательно соединенных диода и тиристора, шунтирующая цепь выпрямленного тока и подключенная к катодной и анодной шинам преобразователя, то есть необходимо иметь две цепочки согласно двум режимам работы преобразователя. В режиме выпрямителя работает только первая цепочка и не работает вторая, причем первая цепочка присоединена катодом диода к катодной и анодом тиристора к анодной шинам преобразователя, а в режиме инвертора работает только вторая цепочка и не работает первая, причем вторая цепочка присоединена анодом диода к катодной и катодом тиристора к анодной шинам преобразователя. Таким образом, каждая цепочка выполняет свою роль только на протяжении работы соответствующего режима, но не влияет на величину коэффициента мощности электровоза в другом режиме.

Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является способ повышения коэффициента мощности при рекуперативном торможении электровоза и устройство для его реализации [Патент на изобретение №2458452. Заявка №2010125801/07 от 23.06.2010, опубликовано: 10.08.2012, Бюл. №22], в котором достигается повышение коэффициента мощности электровоза в режиме рекуперативного торможения. Способ заключается в том, что часть балластных резисторов шунтируется управляемым ключом в моменты, когда напряжение сети превышает некоторый пороговый уровень, или при поступлении информации о переходе напряжения сети через ноль, а замкнутое состояние ключа осуществляется в диапазоне времени 30-150 электрических градусов от момента перехода напряжения сети через ноль. В качестве управляемых ключей могут быть применены IGBT-транзисторы или модули на полевых транзисторах. Достоинством данного способа являются повышение коэффициента мощности электровоза в режиме рекуперативного торможения. Недостатком данного способа управления является невозможность выравнивания нагрузки ТЭД, разность которой оказывает снижающий эффект на коэффициент мощности электровоза.

Технический результат способа выравнивания нагрузки тяговых двигателей электровоза переменного тока заключается в том, что управление включением и выключением транзистора шунтирующего ключа производится с помощью подачи на его затвор соответственно отпирающего или запирающего сигнала управления со стороны драйверов системы управления. Для этого в силовую схему электровоза добавляются шунтирующие ключи на базе управляемых полупроводниковых приборов - транзисторов, которые шунтируют часть балластных резисторов, тем самым позволяя изменять их активное сопротивление в необходимые моменты времени.

Раскрытие сущности изобретения

Способ выравнивания нагрузки тяговых двигателей электровоза переменного тока, содержащего тяговый трансформатор, один или несколько выпрямительно-инверторных преобразователей, подключенных к тяговому трансформатору, выпрямительную установку возбуждения, подключенную к последовательно соединенным обмоткам возбуждения нескольких тяговых двигателей, сглаживающий реактор, якоря нескольких тяговых двигателей, балластные резисторы, датчики тока, шунтирующие ключи и систему управления, причем сглаживающий реактор, якорь коллекторного двигателя, балластный резистор, датчик тока подключены к выпрямительно-инверторному преобразователю последовательно, а шунтирующий ключ - параллельно части балластного резистора, где шунтирующий ключ управляется через драйвер с гальванической развязкой от системы управления, датчики тока передают информацию о нагрузке нескольких тяговых двигателей в систему управления, отличающийся тем, что для выравнивания нагрузки тяговых двигателей системой управления изменяется время включения и время отключения шунтирующих ключей внутри полупериода напряжения сети.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлена функциональная блок-схема силовых цепей электровоза в режиме рекуперативного торможения по заявляемому способу.

Осуществление изобретения Схема включает тяговый трансформатор 1; два или более работающих в режиме инвертора выпрямительно-инверторных преобразователя 2, n; выпрямительную установку возбуждения 3, питающую постоянным током обмотки возбуждения двигателей 4, 5; сглаживающий реактор 6; якорные обмотки ТД 7, 8, работающие в режиме рекуперативного торможения в качестве генераторов и включенные параллельно; блоки балластных резисторов 9, 10. Элементами, отличающими заявляемую схему от штатной, являются шунтирующие ключи на базе управляемых полупроводниковых приборов - транзисторов 11, 12, причем коллектор каждого транзистора подключается к части балластного резистора, а его эмиттер - к анодной шине выпрямительно-инверторного преобразователя через датчики тока 14, 15; драйверы с гальванической развязкой 13, формирующие сигналы управления для включения и выключения транзистора шунтирующего ключа; датчики тока служат измерения якорного тока; система управления 16, получающая информацию о величинах якорного тока от датчиков тока 14, 15 и формирующая сигналы управления для IGBT-транзисторов 11, 12 шунтирующих ключей, которые подаются на затворы транзисторов через драйверы с гальванической развязкой 13.

При возникновении разности между величинами токов двух параллельно включенных якорных обмоток двигателей она считывается системой управления 16 посредством датчиков тока 14, 15 которые непрерывно измеряют якорный ток и подают информацию в систему управления. В соответствии с полученной информацией система управления формирует управляющие сигналы включения и выключения транзистора шунтирующего ключа, которые посредством драйверов с гальванической развязкой 13 в определенные моменты времени подаются на базу соответствующего транзистора. Включение шунтирующего ключа позволяет току частично протекать через открывшийся шунтирующий ключ, а не через балластный резистор, тем самым обеспечивая изменение величины активного сопротивления балластного резистора на определенных интервалах внутри полупериода напряжения сети, что приводит к изменению тока якоря ТЭД и, соответственно, может использоваться для выравнивания токов параллельно включенных ТЭД.

Для выравнивания токов параллельно включенных ТЭД в цепи двигателя, имеющего меньший ток, время включения ключа, шунтирующего блок балластных резисторов, сдвигается к началу полупериода, а выключения к концу полупериода. Для двигателя, имеющего больший ток, время включения ключа, шунтирующего блок балластных резисторов в его якорной цепи, сдвигается к концу полупериода, а время выключения к началу полупериода.

Способ выравнивания нагрузки тяговых двигателей электровоза переменного тока, содержащего тяговый трансформатор, один или несколько выпрямительно-инверторных преобразователей, подключенных к тяговому трансформатору, выпрямительную установку возбуждения, подключенную к последовательно соединенным обмоткам возбуждения нескольких тяговых двигателей, сглаживающий реактор, якоря нескольких тяговых двигателей, балластные резисторы, датчики тока, шунтирующие ключи и систему управления, причем сглаживающий реактор, якорь коллекторного двигателя, балластный резистор, датчик тока подключены к выпрямительно-инверторному преобразователю последовательно, а шунтирующий ключ - параллельно части балластного резистора, где шунтирующий ключ управляется через драйвер с гальванической развязкой от системы управления, датчики тока передают информацию о нагрузке нескольких тяговых двигателей в систему управления, отличающийся тем, что для выравнивания нагрузки тяговых двигателей системой управления изменяется время включения и время отключения шунтирующих ключей внутри полупериода напряжения сети, причем для выравнивания токов параллельно включенных ТЭД в цепи двигателя, имеющего меньший ток, время включения ключа, шунтирующего блок балластных резисторов, сдвигается к началу полупериода, а выключения к концу полупериода, а для двигателя, имеющего больший ток, время включения ключа, шунтирующего блок балластных резисторов, сдвигается к концу полупериода, а время выключения к началу полупериода.
СПОСОБ ВЫРАВНИВАНИЯ НАГРУЗКИ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
СПОСОБ ВЫРАВНИВАНИЯ НАГРУЗКИ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 436.
10.01.2013
№216.012.1810

Способ ослабления возбуждения тяговых электродвигателей локомотива

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств железнодорожного транспорта, а именно к способу ослабления возбуждения тяговых электродвигателей постоянного тока большой мощности на локомотивах. Способ ослабления тяговых электродвигателей локомотива заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471652
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.02.2013
№216.012.232b

Способ диагностики рельсов

Изобретение относится к контрольно-измерительным устройствам для проверки состояния железнодорожных путей. Способ диагностики рельсов заключается в том, что на транспортное средство в известных относительных положениях устанавливают устройства: дефектоскопии, измерения неровностей и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474505
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.232d

Безопасный локомотивный объединенный комплекс

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. Безопасный локомотивный объединенный комплекс содержит соединенные между собой внутренним CAN интерфейсом системный шкаф, блок индикации локомотивный, блок регистрации, блок индикации скорости, второй блок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474507
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.268d

Железнодорожная длиннобазная платформа для крупнотоннажных контейнеров

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к железнодорожным грузовым платформам для перевозки крупнотоннажных контейнеров. Железнодорожная длиннобазная платформа для крупнотоннажных контейнеров содержит установленную на две ходовые тележки (1) раму (2) с автосцепными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475389
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.2694

Безопасный локомотивный объединенный комплекс

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. Безопасный локомотивный объединенный комплекс содержит соединенные между собой внутренним CAN интерфейсом системный шкаф, блок индикации локомотивный, блок регистрации, включающий кассету регистрации, блок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475396
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.2695

Комплексное устройство контроля безопасности движения поезда

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи, может быть использовано как на поездах, так и в системах интервального регулирования. Комплексное устройство контроля безопасности содержит соединенные между собой модули схемы контроля безопасности, двухканальные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475397
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.285e

Способ определения времени проведения очередного профилактического обслуживания объекта и система для его реализации

Группа изобретений относится к области вычислительной техники, в частности к способам и устройствам контроля, и может найти применение в практике эксплуатации для оптимального управления профилактическим обслуживанием объекта по текущему состоянию его надежности, и может быть использована в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475854
Дата охранного документа: 20.02.2013
10.04.2013
№216.012.32a3

Система для управления устройством лубрикации на локомотиве-рельсосмазывателе

Изобретение относится к устройствам для смазки рельсов, устанавливаемым на транспортных средствах. Система содержит навигационный блок, который включает навигационный приемник, выход которого подключен к входу вычислителя, который подключен к карте памяти, а также блок сопряжения с устройством...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478506
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.32a5

Станционное устройство маневровой автоматической локомотивной сигнализации

Изобретение относится к устройствам автоматики и телемеханики и может быть использовано для управления технологическими процессами на железнодорожном транспорте. Станционное устройство маневровой автоматической локомотивной сигнализации состоит из управляющего вычислительного комплекса,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478508
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.32a6

Система передачи данных маневровой автоматической локомотивной сигнализации

Изобретение относится к системам передачи данных и может быть использовано для обмена информацией между станционными и бортовыми устройствами в целях обеспечения управления движением локомотивов. Система передачи данных маневровой автоматической локомотивной сигнализации содержит станционное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478509
Дата охранного документа: 10.04.2013
Показаны записи 1-10 из 31.
20.02.2013
№216.012.267e

Способ повышения коэффициента мощности при рекуперативном торможении электровоза переменного тока и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к способу повышения коэффициента мощности при рекуперативном торможении электровоза переменного тока и устройству для реализации способа рекуперативного торможения электровоза. Способ заключается в том, что для получения тока возбуждения коллекторных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475374
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.09.2013
№216.012.6eab

Устройство ослабления магнитного поля тягового электрического привода с повышенными энергетическими показателями

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть применено на транспортных средствах с тяговым электрическим приводом. Устройство ослабления магнитного поля тягового электрического привода состоит из якорной обмотки, обмотки возбуждения тягового двигателя, резистора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493982
Дата охранного документа: 27.09.2013
10.11.2013
№216.012.8031

Многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь и способ управления преобразователем

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока. Техническим результатом является увеличение коэффициента мощности. Многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь переменного тока...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498490
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.04.2014
№216.012.b7fe

Колесная пара вагона с фрикционно-упругой связью между колесами

Изобретение предназначено для применения на железнодорожном транспорте и относится к ходовым частям вагона. Колесная пара состоит из оси дифференциального исполнения, подшипникового узла, две вложенных одна в другую полуоси. Во внутреннем подшипниковом узле применяют связующий стакан, который...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002512829
Дата охранного документа: 10.04.2014
20.07.2014
№216.012.dfcf

Способ гамма спектрометрии

Способ гамма-спектрометрии, заключающийся в измерении энергии и интенсивности линии гамма-излучения, регистрируемого полупроводниковым детектором, отличающийся тем, что для измерения энергии используется положение пика линии, а для измерения интенсивности этой линии - интенсивность регистрации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523081
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.01.2015
№216.013.1eca

Способ фазового управления тиристорными преобразователями, одновременно работающими на индивидуальные нагрузки

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе переменного тока. Технический результат - увеличение угла задержки импульсов до 18 эл. градусов в средней части полупериода напряжения и уменьшение максимальной мощности полной нагрузки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539323
Дата охранного документа: 20.01.2015
10.06.2015
№216.013.5415

Радиатор сотового типа с турбулизирующими вставками для охлаждения масла и воды

Изобретение предназначено для применения на транспорте и относится к охлаждающим устройствам работающего оборудования дизельных локомотивов. Радиатор сотового типа для охлаждения масла и воды состоит из охлаждающих трубок круглого сечения с шестигранными основаниями, расположенными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553046
Дата охранного документа: 10.06.2015
20.06.2015
№216.013.57b0

Установка для сушки изоляции обмотки тяговых электрических машин

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано преимущественно при техническом обслуживании и ремонте тяговых электрических машин. Анализ статистических данных о надежности узлов и деталей оборудования электровозов в условиях эксплуатации показал, что большая доля отказов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553978
Дата охранного документа: 20.06.2015
20.07.2015
№216.013.6373

Способ повышения энергетических показателей электровозов переменного тока с вип на igbt транзисторах (модулях) по критерию потребления максимально активной мощности

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока. Техническим результатом является максимально эффективное использование электромагнитной энергии, накопленной в цепи выпрямленного тока,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557006
Дата охранного документа: 20.07.2015
20.08.2015
№216.013.733a

Способ управления зависимым инвертором однофазного переменного тока

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от контактной сети однофазного переменного тока. Технический результат заключается в повышении коэффициента мощности инвертора. В способе управления зависимым инвертором...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561068
Дата охранного документа: 20.08.2015
+ добавить свой РИД