Способ питания асинхронных двигателей трехфазного переменного тока системы вспомогательных машин электровоза



Способ питания асинхронных двигателей трехфазного переменного тока системы вспомогательных машин электровоза
Способ питания асинхронных двигателей трехфазного переменного тока системы вспомогательных машин электровоза
Способ питания асинхронных двигателей трехфазного переменного тока системы вспомогательных машин электровоза
Способ питания асинхронных двигателей трехфазного переменного тока системы вспомогательных машин электровоза
B60L1/04 - Электрооборудование транспортных средств с электротягой; магнитные подвески или левитационные устройства для транспортных средств; электродинамические тормозные системы для транспортных средств вообще (электромеханические сцепные устройства транспортных средств B60D 1/62; электрические отопительные устройства для транспортных средств B60H; расположение или монтаж электрических силовых установок B60K 1/00; расположение или монтаж трансмиссий с электрической передачей на транспортных средствах B60K 17/12,B60K 17/14; приводы вспомогательных устройств для транспортных средств B60K 25/00 ; размещение сигнальных или осветительных устройств, их установка, крепление или схемы их размещения для транспортных средств вообще B60Q; система управления тормозами транспортных средств

Владельцы патента RU 2714920:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) (RU)

Использование: в области электротехники. Технический результат - увеличение коэффициента мощности электровоза при номинальной нагрузке. Способ питания асинхронных двигателей трехфазного переменного тока системы вспомогательных машин электровоза реализуется в устройстве, содержащем однофазный силовой трансформатор, выпрямительно-инверторный преобразователь, тяговые двигатели, сглаживающий реактор, активный выпрямитель, систему управления активным выпрямителем, сглаживающий конденсатор, резонансный фильтр, корректирующий блок, автономный инвертор напряжения, трехфазные асинхронные двигатели вспомогательных машин. Способ заключается в повышении коэффициента мощности электровоза в режимах тяги и рекуперативного торможения при регулировании входного тока активного выпрямителя. Способ отличается от известных тем, что фаза тока первичной обмотки силового трансформатора приближается к нулю градусов в режимах тяги и рекуперативного торможения путем целенаправленного регулирования фазы входного тока активного выпрямителя, при котором происходит подача запирающих сигналов управления на транзисторные плечи активного выпрямителя с опережением относительно конца полупериода напряжения на 90 градусов, в результате чего обеспечивается опережающий фазовый сдвиг входного тока активного выпрямителя на 90 градусов, при этом с целью обеспечения синусоидальной формы тока в обмотке собственных нужд входной ток активного выпрямителя корректируется последовательно соединенными между собой конденсаторами корректирующего блока, который параллельно подключен к выходу активного выпрямителя и к входу автономного инвертора напряжения, причем средняя точка конденсаторов корректирующего блока подключена к нулевому выводу вторичной обмотки собственных нужд. 3 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромеханическим комплексам и системам, и может быть использовано в системе питания асинхронных двигателей трехфазного переменного тока вспомогательных машин, на электроподвижном составе (электровозах и электропоездах), получающих питание от контактной сети однофазного переменного тока.

Эксплуатация электровозов переменного тока, имеющих систему вспомогательных машин на основе асинхронных двигателей трехфазного переменного тока, сопровождается не высокой энергетической эффективностью, выраженной в низком коэффициенте мощности, достаточно высоким коэффициентом искажения синусоидальности питающего напряжения на первичной обмотке тягового трансформатора электровоза, а также высоким коэффициентом несимметрии трехфазного питающего напряжения асинхронных двигателей вспомогательных машин. Это вызывает значительное потребление реактивной энергии из сети.

Известны различные пути повышения эффективности работы электровоза переменного тока с системой питания асинхронных двигателей вспомогательных машин в виде снижения коэффициента искажения в обмотке собственных нужд и коэффициента несимметрии в 3-фазной системе питания асинхронных двигателей. Коэффициенты искажения синусоидальности и несимметрии влияют на повышение энергетической эффективности, но это не решает в полной мере задачу повышения коэффициента мощности. Однако улучшение коэффициента мощности электровоза до сих пор не выполнено и требует дальнейшего решения. Одним из путей повышения энергетической эффективности является повышение коэффициента мощности электровоза путем снижения угла сдвига фаз между током и напряжением в первичной обмотке тягового трансформатора. Таким образом, проблема повышения энергетической эффективности путем повышения коэффициента мощности требует дальнейшего решения.

Известен способ питания асинхронных двигателей трехфазного переменного тока системы вспомогательных машин электровоза [Некрасов О.А. Вспомогательные машины электроподвижного состава переменного тока. М.: Транспорт, 1967. 168 с.], в состав которого входит: тяговый трансформатор, выпрямительно-инверторный преобразователь, тяговые двигатели, электромеханический фазорасщепитель и асинхронные двигатели, вращающие вспомогательные машины электровоза. Однофазный тяговый трансформатор имеет первичную обмотку, подключенную к тяговой сети, и две вторичные обмотки (тяговую и собственных нужд), подключенные к тяговому электрооборудованию электровоза. К тяговой обмотке подключены через выпрямительно-инверторный преобразователь тяговые двигатели, а к обмотке собственных нужд подключены через электромеханический фазорасщепитель асинхронные двигатели вспомогательных машин. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором вращают вспомогательные машины (вентиляторы, компрессоры, насосы) электровоза.

Электромеханический фазорасщепитель представляет собой совмещенную электрическую машину, состоящую из однофазного асинхронного двигателя и трехфазного синхронного генератора. Две из трех статорных обмоток асинхронного двигателя подключены к однофазной обмотке собственных нужд тягового трансформатора, а третья обмотка подключена к ней через фазосмещающее устройство. Ротор фазорасщепителя выполнен в виде короткозамкнутой беличьей клетки и вращается с синхронной скоростью генератора. Электродвижущая сила генератора наводится во всех трех фазах машины. Фазы векторов электродвижущей силы определяются пространственным расположением фаз обмотки статора.

Способ питания заключается в том, что вторичная обмотка собственных нужд подает напряжение на две из трех фазных статорных обмоток асинхронного двигателя непосредственно, а на третью обмотку через фазосмещающее устройство в виде пускового конденсатора. В результате в асинхронном двигателе возникает вращающееся магнитное поле, которое создает вращение его ротора. Вращение ротора фазорасщепителя при подключении во время пуска третьей (генераторной) обмотки синхронного генератора создает в статоре фазорасщепителя трехфазную систему напряжений, подаваемую на статорные обмотки асинхронных двигателей вспомогательных машин.

Достоинство данного способа питания асинхронных двигателей вспомогательных машин заключается в том, что электромашинный фазорасщепитель одновременно исполняет роль пускового асинхронного двигателя, обеспечивающего большой пусковой момент, и трехфазного синхронного генератора напряжения, формирующего трехфазную систему питания асинхронных двигателей вспомогательных машин. Большой пусковой момент сокращает время пуска и снижает количество потребляемой энергии асинхронных двигателей вспомогательных машин во время пуска.

К недостаткам аналога следует отнести то, что вспомогательные трехфазные асинхронные двигатели всегда работают в номинальном режиме без возможности регулирования скорости вращения, отсутствует плавный пуск асинхронных двигателей. Данный способ питания оказывает негативное влияние на энергетические показатели электровоза: имеет низкий коэффициент мощности и возникновение несимметрии напряжений при изменении нагрузки. Все это отрицательно сказывается на работе асинхронных двигателей, вызывая их частые повреждения.

Наиболее близким к заявленному решению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является способ питания асинхронных двигателей трехфазного переменного тока системы вспомогательных машин электровоза [Тишкин А.А. Энергосбережение в системах питания вспомогательных машин электровозов переменного тока серии «Ермак» за счет внедрения ШПВМ-250-У2 / А.А. Тишкин, А.А. Курганов, А.А. Калюжный, И.В. Синявский // Электровозостроение: сб. научн. тр. / Всерос. н.-и., проектноконструк. ин-т электровозостроения (ОАО «ВЭлНИИ»). - Новочеркасск, 2012. - Т. 63. - С. 63-74] с небольшими по величине коэффициентами искажения синусоидальности и несимметрии. В этом способе осуществляется преобразование питающего напряжения однофазного переменного тока тяговой сети в трехфазный переменный ток питания асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором вспомогательных машин электровоза переменного тока.

Способ питания асинхронных двигателей трехфазного переменного тока реализуется в известной системе вспомогательных машин электровоза переменного тока, которая содержит: однофазный силовой трансформатор с первичной обмоткой, подключенной к тяговой сети, и двумя вторичными обмотками - тяговой и собственных нужд, при этом тяговая вторичная обмотка предназначена для питания тяговых двигателей и подключена к ним через выпрямительно-инверторный преобразователь, а вторичная обмотка собственных нужд предназначена для питания трехфазных асинхронных двигателей вспомогательных машин электровоза и подключена к ним через последовательно включенный сглаживающий реактор, активный выпрямитель, к выходу которого параллельно присоединены сглаживающий конденсатор, резонансный фильтр и автономный инвертор напряжения, от которого получают питание асинхронные двигатели трехфазного переменного тока.

Способ питания асинхронных двигателей трехфазного переменного тока заключается в том, что обмотка собственных нужд подает напряжение на активный выпрямитель, с выхода которого пульсирующий ток сглаживается с помощью резонансного LC-фильтра и подается на вход трехфазного мостового инвертора напряжения на IGBT модулях, на выходе которого формируется трехфазное переменное синусоидальное напряжение в соответствии с управляющими сигналами согласно закону регулирования U/f.

Достоинством прототипа является снижение коэффициентов искажения синусоидальности и несимметрии напряжения, и возможность регулирования скорости вращения и поддержание номинального значения момента вращения асинхронных двигателей.

Недостатком данного способа питания асинхронных двигателей является то, что в номинальном режиме работы частотного преобразователя не достигается высокое значение коэффициента мощности. Кроме того при регулировании скорости вращения асинхронных двигателей происходит регулирование трехфазного напряжения и частоты тока инвертора, в результате которого будут увеличиваться искажения синусоидальности напряжения в питающей сети.

Задача решаемая изобретением, заключается в разработке способа питания асинхронных двигателей трехфазного переменного тока системы вспомогательных машин электровоза с высоким коэффициентом мощности в режимах тяги и рекуперативного торможения, в котором осуществляется целенаправленное регулирование фазы входного тока активного выпрямителя преобразователя частоты, подключенного к обмотке собственных нужд вторичной обмотки трансформатора, при котором фаза тока первичной обмотки трансформатора максимально приближается к 0 град. в режиме тяги и рекуперативного торможения электровоза.

Для решения поставленной задачи в известном способе питания асинхронных двигателей трехфазного переменного тока системы вспомогательных машин электровоза, в состав которой входит однофазный силовой трансформатор с первичной обмоткой, подключенной к тяговой сети, и вторичной обмоткой - обмоткой собственных нужд, которая подключена к асинхронным двигателям трехфазного переменного тока через последовательно включенный сглаживающий реактор, активный выпрямитель, к выходу которого параллельно присоединены сглаживающий конденсатор, резонансный фильтр и автономный инвертор напряжения, от которого, получают питание асинхронные двигатели трехфазного переменного тока, заключающемся в подаче напряжения с обмотки собственных нужд на активный выпрямитель, с выхода которого пульсирующий ток сглаживается с помощью резонансного LC-фильтра и подается на вход трехфазного мостового инвертора напряжения на IGBT модулях, на выходе которого формируется трехфазное переменное синусоидальное напряжение в соответствии с управляющими сигналами согласно закону регулирования U/f, увеличение коэффициента мощности электровоза в режимах тяги и рекуперативного торможения при регулировании входного тока активного выпрямителя осуществляется тем, что фаза тока первичной обмотки тягового трансформатора приближается к нулю градусов в режимах тяги и рекуперативного торможения путем целенаправленного регулирования фазы входного тока активного выпрямителя, при котором происходит подача запирающих сигналов управления на транзисторные плечи активного выпрямителя с опережением относительно конца полупериода напряжения на 90 градусов, в результате чего обеспечивается опережающий фазовый сдвиг входного тока активного выпрямителя на 90 градусов, при этом с целью обеспечения синусоидальной формы тока в обмотке собственных нужд входной ток активного выпрямителя корректируется последовательно соединенными между собой конденсаторами корректирующего блока, который параллельно подключен к выходу активного выпрямителя и к входу автономного инвертора напряжения, причем средняя точка конденсаторов корректирующего блока подключена к нулевому выводу вторичной обмотки собственных нужд.

Целенаправленное регулирование фазы входного тока активного выпрямителя, при котором происходит подача запирающих сигналов управления на транзисторные плечи активного выпрямителя с опережением относительно конца полупериода напряжения на 90 градусов, в результате чего обеспечивается опережающий фазовый сдвиг входного тока активного выпрямителя на 90 градусов, при этом с целью обеспечения синусоидальной формы тока в обмотке собственных нужд входной ток активного выпрямителя корректируется последовательно соединенными между собой конденсаторами корректирующего блока, который параллельно подключен к выходу активного выпрямителя и к входу автономного инвертора напряжения, причем средняя точка конденсаторов корректирующего блока подключена к нулевому выводу вторичной обмотки собственных нужд, отличает заявляемое решение от прототипа. Наличие существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «новизна».

Благодаря целенаправленному регулированию фазы входного тока активного выпрямителя, при котором происходит приближение фазы тока первичной обмотки тягового трансформатора к нулю градусов в режимах тяги и рекуперативного торможения, осуществляется достижение высокого коэффициента мощности электровоза в режимах тяги и рекуперативного торможения.

Это обусловлено следующим, в режиме тяги электровоза (рис. 3; а, б) ток I1ВИП в тяговой обмотке трансформатора и ток I1ОСН в обмотке собственных нужд имеют индуктивный характер. Работа системы вспомогательных машин обеспечивает отставание тока I1ОСН относительно напряжения U1 на некоторый угол. При геометрическом суммировании векторов токов I1ВИП и I1ОСН получается результирующий вектор тока I11 первичной обмотки трансформатора с увеличенным углом сдвига фаз ϕ. В итоге из сети потребляется значительная реактивная мощность индуктивного характера. Для повышения коэффициента мощности электровоза необходимо не только снизить до нуля потребляемую вспомогательными машинами реактивную мощность, но и изменить ее характер с индуктивного на емкостный. В результате ток в обмотке собственных нужд трансформатора I1ОСН будет опережать по фазе напряжение U1 и частично компенсировать индуктивную составляющую тока I1ВИП в тяговой обмотке. При этом изменится результирующий вектор тока I11' первичной обмотки трансформатора, что приведет к снижению угла сдвига фаз ϕ' и повышению коэффициента мощности электровоза.

В режиме рекуперативного торможения электровоза (рис. 3; в, г) ток I1ВИП в тяговой обмотке трансформатора смещен относительно напряжения U1, в действительности ток I1ВИП в тяговой обмотке трансформатора имеет емкостной характер. Работа системы вспомогательных машин обеспечивает отставание тока I1ОСН относительно напряжения U1 на некоторый угол. При геометрическом суммировании векторов токов I1ВИП и I1ОСН получается результирующий вектор тока I11 первичной обмотки трансформатора с увеличенным углом сдвига фаз ϕ. В итоге из сети потребляется значительная реактивная мощность индуктивного характера. Для повышения коэффициента мощности электровоза в режиме рекуперативного торможения необходимо не только снизить до нуля потребляемую вспомогательными машинами реактивную мощность, но и изменить ее характер с индуктивного на емкостный. В результате ток в обмотке собственных нужд трансформатора I1ОСН будет опережать по фазе напряжение U1 и частично компенсировать индуктивную составляющую тока I1ВИП в тяговой обмотке. При этом изменится результирующий вектор тока I11' первичной обмотки трансформатора, что приведет к снижению угла сдвига фаз ϕ' и повышению коэффициента мощности электровоза.

Причинно-следственная связь «целенаправленное регулирование фазы входного тока активного выпрямителя, при котором происходит подача запирающих сигналов управления на транзисторные плечи активного выпрямителя с опережением относительно конца полупериода напряжения на 90 градусов, в результате чего обеспечивается опережающий фазовый сдвиг входного тока активного выпрямителя на 90 градусов, при этом с целью обеспечения синусоидальной формы тока в обмотке собственных нужд входной ток активного выпрямителя корректируется последовательно соединенными между собой конденсаторами корректирующего блока, который параллельно подключен к выходу активного выпрямителя и к входу автономного инвертора напряжения, причем средняя точка конденсаторов корректирующего блока подключена к нулевому выводу вторичной обмотки собственных нужд - увеличение коэффициента мощности электровоза» явно не вытекает из существующего уровня техники и является новой.

Наличие новой причинно-следственной связи «существенные отличительные признаки - результат» свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

На фиг. 1 представлена блочная схема системы вспомогательных машин электровоза по заявляемому способу питания асинхронных двигателей переменного тока.

На фиг. 2 показаны процессы работы по заявленному способу управления

На фиг. 3 показаны векторные диаграммы напряжения и тока первичной обмотки тягового трансформатора и тока обмотки собственных нужд электровоза в режимах тяги (а - прототип, б - заявляемое решение) и рекуперативного торможения (в - прототип, г - заявляемое решение).

Заявляемый способ питания асинхронных двигателей трехфазного переменного тока системы вспомогательных машин электровоза с высоким коэффициентом мощности в режимах тяги и рекуперативного торможения, в котором осуществляется целенаправленное регулирование фазы входного тока активного выпрямителя преобразователь частоты, подключенного к обмотка собственных нужд вторичной обмотки трансформатора, при котором фаза тока первичной обмотки трансформатора максимально приближается к 0 град в режиме тяги и рекуперативного торможения электровоза, осуществляется например, в устройстве, содержащем однофазный трансформатор, систему питания тяговых двигателей и систему питания асинхронных двигателей вспомогательных машин. Система питания вспомогательных машин содержит обмотку собственных нужд, активный выпрямитель, построенный по мостовой схеме с использованием современной элементной базы - IGBT транзисторов, микропроцессорную системой управления, резонансный L2C2-фильтр, дополнительные корректирующие конденсаторы С3 и С4, трехфазный инвертор напряжения с системой управления.

Блочная силовая схема электровоза переменного тока, представленная на фиг. 1, содержит: однофазный тяговый трансформатор, систему питания тяговых двигателей и систему питания асинхронных двигателей вспомогательных машин. Тяговый трансформатор содержит: первичную обмотку 1 и две вторичные обмотки - тяговую обмотку 2 и обмотку собственных нужд 3. Система питания тяговых двигателей содержит выпрямительно-инверторный преобразователь 4 (ВИП) и тяговые двигатели 5. Система питания вспомогательных машин, содержит сглаживающий реактор L1, активный выпрямитель 6, с его системой управления 7 (СУ), сглаживающий конденсатор С1, резонансный фильтр L2C2 и корректирующий блок 8, состоящий из конденсаторов С3 и С4, автономный инвертор напряжения 9 (АИН), трехфазные асинхронные двигатели вспомогательных машин 10.

Тяговая обмотка 2 соединена с выпрямительно-инверторным преобразователем. В свою очередь выпрямительно-инверторный преобразователь 4 подключен к тяговым двигателям 5. Обмотка собственных нужд 3 однофазного силового трансформатора соединена с активным выпрямителем 6, который имеет систему управления 7. Автономный инвертор напряжения 9 своим входом подключен к активному выпрямителю 6 через резонансный фильтр L2C2, сглаживающий конденсатор С1 и корректирующие конденсатор С3 и С4. Выход автономного инвертора напряжения 9 соединен с трехфазными асинхронными двигателями вспомогательных машин 10.

Способ питания асинхронных двигателей трехфазного переменного тока системы вспомогательных машин электровоза с высоким коэффициентом мощности заключается в целенаправленном регулировании фазы входного тока активного выпрямителя, при котором происходит приближение фазы тока первичной обмотки тягового трансформатора к нулю градусов, путем регулирования углов закрытия плеч активного выпрямителя с опережением на 90 град. относительно конца полупериода напряжения сети в режимах тяги и рекуперативного торможения.

Работа силовой схемы электровоза переменного тока осуществляется следующим образом. В режиме электрической тяги электровоза основная часть энергии потребляется тяговыми двигателями 5 из сети через первичную 1, тяговую вторичную обмотку трансформатора 2 и выпрямительно-инверторный преобразователь 4. Кроме того, из сети также потребляется энергия для трехфазных асинхронных двигателей 10. В режиме рекуперативного торможения тяговыми двигателями основная часть энергии передается в контактную сеть (первичную обмотку трансформатора, а устройствами 10 также потребляется.

Работа системы вспомогательных машин заключается в том, что обмотка собственных нужд 3 подает напряжение на активный выпрямитель 6, с выхода которого пульсирующий ток сглаживается с помощью резонансного L2C2-фильтра и сглаживающего конденсатора C1. Конденсаторами С3 и С4 блока 8 корректируется форма и фаза входного тока активного выпрямителя 6. Выходное напряжение активного выпрямителя 6 подается на вход трехфазного инвертора напряжения 9 на IGBT транзисторах, на выходе которого формируется трехфазное переменное синусоидальное напряжение.

Активный выпрямитель 6 с помощью системы управления регулирует фазу своего входного тока, протекающего в обмотке собственных нужд 3. Система управления 7 выполняет генерацию импульсного сигнала, предназначенного для открытия и закрытия силовых транзисторов активного выпрямителя в заданные промежутки времени (интервалы). Регулирование выпрямленного напряжения активного выпрямителя 6 осуществляется путем подачи импульсов управления с фазой α=0 эл. град. в начале каждого полупериода напряжения сети на IGBT транзистор с целью его открытия и снятия этих импульсов с фазой α'ОСН=90 эл. град с целью его закрытия. Отсчет фазы снятия импульсов α'ОСН ведется от начала полупериода напряжения сети. Управляются фазы переднего и заднего фронтов выпрямленного напряжения выпрямителя. Таким образом, микропроцессорная система управления обеспечивает опережающий фазовый сдвиг потребляемого тока на 90° в режимах электрической тяги и рекуперативного торможения электровоза. То есть управляемый выпрямитель подключает нагрузку к тяговому трансформатору в заданные промежутки времени, чтобы регулировать фазу потребляемого тока. В результате будет изменен характер нагрузки с индуктивного на емкостный, благодаря чему ток нагрузки (вспомогательных машины) протекающий во вторичной обмотке трансформатора будет частично компенсировать индуктивную составляющую тока в тяговой обмотке, что приведет к повышению коэффициента мощности электровоза. При таком регулировании, посредством опережения выключения транзисторов в плечах выпрямительной схемы, можно обеспечить уменьшение угла фазового сдвига основной гармонической составляющей тока сети, что повышает коэффициент мощности электровоза (фиг. 2).

Векторные диаграммы процессов, представленные на рис. 3 (а, б) отражают режим тяги электровоза, В этом режиме ток I1ВИП в тяговой обмотке трансформатора и ток I1ОСН в обмотке собственных нужд имеет индуктивный характер. Работа системы вспомогательных машин обеспечивает отставание тока I1ОСН относительно напряжения U1 на некоторый угол. При геометрическом суммировании векторов токов I1ВИП и I1ОСН получается результирующий вектор тока I11 первичной обмотки трансформатора с увеличенным углом сдвига фаз ϕ. В итоге из сети потребляется значительная реактивная мощность индуктивного характера. Для повышения коэффициента мощности электровоза необходимо не только снизить до нуля потребляемую вспомогательными машинами реактивную мощность, но и изменить ее характер с индуктивного на емкостный. В результате ток в обмотке собственных нужд трансформатора I1ОСН будет опережать по фазе напряжение U1 и частично компенсировать индуктивную составляющую тока I1ВИП в тяговой обмотке. При этом изменится результирующий вектор тока I11' первичной обмотки трансформатора, что приведет к снижению угла сдвига фаз ϕ' и повышению коэффициента мощности электровоза.

Диаграмма процессов на фиг. 3 (в, г) отражает режим рекуперативного торможения электровоза. В этом режиме ток I1ВИП в тяговой обмотке трансформатора смещен относительно напряжения U1, в действительности ток I1ВИП в тяговой обмотке трансформатора имеет емкостной характер. Работа системы вспомогательных машин обеспечивает отставание тока I1ОСН относительно напряжения U1 на некоторый угол. При геометрическом суммировании векторов токов I1ВИП и I1ОСН получается результирующий вектор тока I11 первичной обмотки трансформатора с увеличенным углом сдвига фаз ϕ. В итоге из сети потребляется значительная реактивная мощность индуктивного характера. Для повышения коэффициента мощности электровоза в режиме рекуперативного торможения необходимо не только снизить до нуля потребляемую вспомогательными машинами реактивную мощность, но и изменить ее характер с индуктивного на емкостный. В результате ток в обмотке собственных нужд трансформатора I1ОСН будет опережать по фазе напряжение U1 и частично компенсировать индуктивную составляющую тока I1ВИП в тяговой обмотке. При этом изменится результирующий вектор тока I11' первичной обмотки трансформатора, что приведет к снижению угла сдвига фаз ϕ' и повышению коэффициента мощности электровоза.

Процессы работы системы вспомогательных машин в режимах тяги и рекуперативного торможения электровоза, описанные в заявочных материалах были получены путем математического моделирования систем тяговой нагрузки и вспомогательных машин электровоза.

Процессы моделирования показали, что по сравнению с прототипом коэффициент мощности электровоза при применении предлагаемой системы питания вспомогательных машин при номинальной нагрузке увеличился в режиме тяги с 0,8390 до 0,8494, а в режиме рекуперативного торможения с 0,7151 до 0,7249.

Способ питания асинхронных двигателей трехфазного переменного тока системы вспомогательных машин электровоза, в состав которого входит однофазный силовой трансформатор с первичной обмоткой, подключенной к тяговой сети, и двумя вторичными обмотками - тяговой и собственных нужд, при этом тяговая вторичная обмотка предназначена для питания тяговых двигателей и подключена к ним через выпрямительно-инверторный преобразователь, а вторичная обмотка собственных нужд предназначена для питания трехфазных асинхронных двигателей вспомогательных машин электровоза и подключена к ним через последовательно включенный сглаживающий реактор, активный выпрямитель, к выходу которого параллельно присоединены сглаживающий конденсатор, резонансный фильтр и автономный инвертор напряжения, от которого получают питание асинхронные двигатели трехфазного переменного тока, заключающийся в увеличении коэффициента мощности электровоза в режимах тяги и рекуперативного торможения при регулировании входного тока активного выпрямителя, отличающийся тем, что фаза тока первичной обмотки тягового трансформатора приближается к нулю градусов в режимах тяги и рекуперативного торможения путем целенаправленного регулирования фазы входного тока активного выпрямителя, при котором происходит подача запирающих сигналов управления на транзисторные плечи активного выпрямителя с опережением относительно конца полупериода напряжения на 90 градусов, в результате чего обеспечивается опережающий фазовый сдвиг входного тока активного выпрямителя на 90 градусов, при этом с целью обеспечения синусоидальной формы тока в обмотке собственных нужд входной ток активного выпрямителя корректируется последовательно соединенными между собой конденсаторами корректирующего блока, который параллельно подключен к выходу активного выпрямителя и к входу автономного инвертора напряжения, причем средняя точка конденсаторов корректирующего блока подключена к нулевому выводу вторичной обмотки собственных нужд.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электротехники для ограничения уравнительных токов в контактной сети переменного тока. Технический результат - повышение надежности системы электроснабжения за счет повышения ресурса коммутационного оборудования.

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления источниками реактивной мощности, построенными на основе тиристорных преобразователей.

Использование: в области электротехники для компенсации реактивной мощности. Технический результат - улучшение качества электрической энергии и повышение эффективности энергосбережения за счет повышения надежности функционирования.

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано для управления мощностью управляемых компенсаторов реактивной мощности с целью обеспечения баланса реактивной мощности в точке их подключения.

Использование: в области электротехники и электроэнергетики для гибкого регулирования и стабилизации напряжения в электрической сети, повышения пропускной способности существующих линий и повышения динамической устойчивости энергетической системы.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение надежности электроснабжения, а также качества электроэнергии, отпускаемой сельскохозяйственным потребителям и их безопасности.

Изобретение относится к области электроэнергетики. Установка содержит в каждой из трех фаз конденсаторы (1-3), которые одними выводами предназначены для подключения к трехфазной сети А.В.С с нулевым проводом N, а вторыми выводами подключены к выводам двух последовательно согласно соединенных диодов (4,5).

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение бросков тока и напряжения при коммутации секций фильтрокомпенсирующей установки (ФКУ), предназначенной для эффективного снижения потерь электроэнергии в тяговой сети и повышения пропускной способности при больших тяговых нагрузках.

Изобретение относится к области электроэнергетики. Технический результат – снижение потерь при компенсации в сети с перекосом потребления реактивной мощности по фазам.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конденсаторным установкам с дискретным регулированием, предназначенным для поперечной компенсации реактивной мощности в тяговых сетях переменного тока электрифицированных железных дорог.

Изобретение относится к области электротехники. Усовершенствованная система жесткой предварительной зарядки в тяговой системе для железной дороги содержит по меньшей мере два различных двигателя, каждый двигатель управляется с помощью по меньшей мере одного из двух инверторов, которые параллельно подключены к общей линии питания, которая подает сигнал питания постоянного тока с помощью соответствующего звена постоянного тока, при этом для каждого из упомянутых двух инверторов предусмотрен разъединитель, который отсоединяет соответствующий инвертор от упомянутой линии питания, каждый инвертор, кроме того, подключен к общей линии питания с помощью батареи конденсаторов фильтра и средства для предварительной зарядки указанных батарей конденсаторов, при этом средство предварительной зарядки содержит шунтирующий резистор и автоматический переключатель питания, который переключает сигнал питания постоянного тока на упомянутый шунтирующий резистор как только напряжение превысит заранее заданный порог.

Изобретение относится к способу пуска электродвигателей. Способ повторного включения асинхронных тяговых двигателей электротранспортного средства на выбеге заключается в том, что задают режим тяги или торможения и начальные значения частоты и напряжения электропитания двигателей, а потом эти значения корректируют, устанавливая требуемый вращающий момент.

Изобретение предназначено для выравнивания нагрузок электропривода ходовой части мостового крана. Раздельный электропривод механизма передвижения мостового крана содержит ходовые колеса (1, 7) с редукторами (2, 4), получающими вращение от асинхронных электродвигателей (3, 5).

Изобретение относится к области горной промышленности и направлено на усовершенствование шахтных электровозов. Привод электровоза включает колесные пары с редукторами, получающими вращение от двух асинхронных электродвигателей.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах запуска нагрузки такой, как электродвигатель. Техническим результатом является понижение пульсирующего тока в сглаживающем конденсаторе даже при ШИМ управлении инвертором в режиме двухфазной модуляции.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводе электроподвижного состава переменного тока. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе с тяговыми асинхронными двигателя, питающимися от контактной сети постоянного тока, в частности на электроподвижном составе вагонов метрополитена.

Изобретение относится к области частотно-регулируемых электроприводов и может быть использовано на электрическом транспорте. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электродвигателях переменного тока для приведения в движение транспортного средства. .

Группа изобретений относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Система привода электрического железнодорожного транспортного средства содержит первый блок питания, второй блок питания, тяговый преобразователь, блок для выдачи рабочих команд и блок управления, выполненный с возможностью управления тяговым преобразователем.

Использование: в области электротехники. Технический результат - увеличение коэффициента мощности электровоза при номинальной нагрузке. Способ питания асинхронных двигателей трехфазного переменного тока системы вспомогательных машин электровоза реализуется в устройстве, содержащем однофазный силовой трансформатор, выпрямительно-инверторный преобразователь, тяговые двигатели, сглаживающий реактор, активный выпрямитель, систему управления активным выпрямителем, сглаживающий конденсатор, резонансный фильтр, корректирующий блок, автономный инвертор напряжения, трехфазные асинхронные двигатели вспомогательных машин. Способ заключается в повышении коэффициента мощности электровоза в режимах тяги и рекуперативного торможения при регулировании входного тока активного выпрямителя. Способ отличается от известных тем, что фаза тока первичной обмотки силового трансформатора приближается к нулю градусов в режимах тяги и рекуперативного торможения путем целенаправленного регулирования фазы входного тока активного выпрямителя, при котором происходит подача запирающих сигналов управления на транзисторные плечи активного выпрямителя с опережением относительно конца полупериода напряжения на 90 градусов, в результате чего обеспечивается опережающий фазовый сдвиг входного тока активного выпрямителя на 90 градусов, при этом с целью обеспечения синусоидальной формы тока в обмотке собственных нужд входной ток активного выпрямителя корректируется последовательно соединенными между собой конденсаторами корректирующего блока, который параллельно подключен к выходу активного выпрямителя и к входу автономного инвертора напряжения, причем средняя точка конденсаторов корректирующего блока подключена к нулевому выводу вторичной обмотки собственных нужд. 3 ил.

Наверх