RU106999U1

RU106999U1 - SYSTEM OF SYMMETRATION OF THREE-PHASE VOLTAGE OF ASYNCHRONOUS AUXILIARY MOTORS OF ELECTRIC MOBILE COMPOSITION

Info

Publication number: RU106999U1
Application number: RU2011109873/07U
Authority: RU
Inventors: Михаил Даниилович Рабинович; Владимир Валерьевич Иванов; Виктор Васильевич Литовченко; Алексей Владимирович Невинский
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Перспективные Системы Транспорта" (ООО "ПСТ")
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2011-07-27

Abstract

Система симметрирования трехфазного напряжения асинхронных вспомогательных двигателей электроподвижного состава, содержащее тяговый трансформатор с сетевой обмоткой, подключенной к питающей сети, и обмоткой собственных нужд и конденсатор, подключенный первым выводом к первому выводу обмотки собственных нужд, отличающаяся тем, что в него дополнительно введены выпрямитель, два конденсатора фильтра, инвертор напряжения, первый и второй дроссели, при этом выпрямитель зажимами переменного тока подключен к первому выводу обмотки собственных нужд непосредственно, а ко второму выводу обмотки собственных нужд через первый дроссель к выходным зажимам постоянного напряжения выпрямителя подключены соответствующие входные зажимы инвертора напряжения, выходной зажим переменного тока которого через второй дроссель соединен со вторым выводом конденсатора, а конденсаторы фильтра подключены первый между нулевым и положительным выходными зажимами постоянного напряжения выпрямителя и второй между нулевым и отрицательным выходными зажимами постоянного напряжения выпрямителя. A system for balancing the three-phase voltage of asynchronous auxiliary motors of an electric rolling stock, comprising a traction transformer with a network winding connected to the supply network and an auxiliary winding and a capacitor connected to the first output to the first output of the auxiliary winding, characterized in that a rectifier is added thereto, two filter capacitor, voltage inverter, first and second inductors, while the rectifier is connected to the first output of the winding by AC clamps direct needs, and to the second output of the auxiliary winding through the first inductor, the corresponding input terminals of the voltage inverter are connected to the output terminals of the DC voltage of the rectifier, the AC output terminal of which is connected through the second inductor to the second output of the capacitor, and the filter capacitors are connected the first between zero and positive rectifier DC output terminals and a rectifier between the zero and negative DC output terminals .

Description

Полезная модель относится к преобразовательной технике преимущественно транспортного назначения и предназначено, в частности, для преобразования однофазного переменного напряжения в трехфазное переменное напряжение для питания трехфазных асинхронных электродвигателей приводов вспомогательных агрегатов электроподвижного состава.The utility model relates to converter technology mainly for transport purposes and is intended, in particular, for converting a single-phase alternating voltage into a three-phase alternating voltage for supplying three-phase asynchronous electric motors of drives of auxiliary units of electric rolling stock.

Известно устройство для преобразования однофазного переменного напряжения в трехфазное переменное напряжение, содержащее вращающийся расщепитель фаз, выполненный в виде асинхронного трехфазного электродвигателя с несимметричной обмоткой и работающий без нагрузки на валу [1]. При этом две фазы расщепителя - двигательную обмотку - подключают к обмотке собственных нужд тягового трансформатора, а на третьей фазе расщепителя - генераторной - при вращении ротора наводится напряжение смещенное на 90 эл. градусов по отношению к напряжению обмотки собственных нужд тягового трансформатора. В результате на выводах вращающегося расщепителя фаз образуется трехфазное переменное напряжение, которое используют для питания вспомогательных асинхронных электродвигателей. Однако при изменениях нагрузки вспомогательных электродвигателей неизбежно возникает несимметрия напряжения, что отрицательно сказывается на работе электродвигателей, вызывая их частые повреждения [2].A device for converting a single-phase alternating voltage into a three-phase alternating voltage containing a rotating phase splitter, made in the form of an asynchronous three-phase electric motor with an asymmetric winding and working without load on the shaft [1]. In this case, two phases of the splitter - the motor winding - are connected to the winding of the auxiliary needs of the traction transformer, and in the third phase of the splitter - the generator - when the rotor rotates, a voltage biased by 90 el is induced. degrees with respect to the voltage of the winding of the auxiliary needs of the traction transformer. As a result, a three-phase alternating voltage is generated at the terminals of a rotating phase splitter, which is used to power auxiliary asynchronous motors. However, with changes in the load of auxiliary electric motors, voltage asymmetry inevitably occurs, which negatively affects the operation of electric motors, causing their frequent damage [2].

Известно также устройство [3], которое целесообразно принять в качестве прототипа полезной модели, позволяющее частично устранить указанные недостатки.A device [3] is also known, which is expedient to adopt as a prototype of a utility model, which partially eliminates these disadvantages.

Устройство содержит тяговый трансформатор, имеющий сетевую обмотку, подключенную к питающей сети, и обмотку собственных нужд и конденсатор, подключенный первым выводом к первому выводу обмотки собственных нужд. В результате на первом и втором выводах обмотки собственных нужд и втором выводе конденсатора образуется трехфазное переменное напряжение, которое используют для питания вспомогательных асинхронных электродвигателей.The device comprises a traction transformer having a mains winding connected to the supply network, and an auxiliary winding and a capacitor connected by a first terminal to the first terminal of the auxiliary windings. As a result, a three-phase alternating voltage is formed at the first and second terminals of the auxiliary winding and the second terminal of the capacitor, which is used to power auxiliary asynchronous motors.

Недостатком известного устройства является то, что при изменении нагрузки - количества асинхронных электродвигателей, подключенных к расщепителю фаз, или напряжения на сетевой обмотке - нарушается симметрия трехфазного напряжения, появляется напряжение обратной последовательности, которое затрудняет пуск асинхронных электродвигателей, увеличивает ток и вызывает повышенный нагрев двигателей.A disadvantage of the known device is that when the load changes - the number of asynchronous motors connected to the phase splitter, or the voltage on the network winding - the symmetry of the three-phase voltage is violated, the voltage of the reverse sequence appears, which makes it difficult to start the induction motors, increases the current and causes increased heating of the motors.

Задачей для заявляемой полезной модели является получение трехфазного переменного напряжения для питания трехфазных асинхронных двигателей и сохранение его симметрии независимо от количества асинхронных электродвигателей, подключенных к системе, или изменения напряжения на сетевой обмотке тягового трансформатора.The objective for the claimed utility model is to obtain a three-phase AC voltage for supplying three-phase asynchronous motors and maintaining its symmetry regardless of the number of asynchronous electric motors connected to the system, or voltage changes on the network winding of the traction transformer.

Решение указанной задачи достигается тем, что в заявленную систему содержащую тяговый трансформатор с сетевой обмоткой, подключенной к питающей сети, и обмоткой собственных нужд и конденсатор, подключенный первым выводом к первому выводу обмотки собственных нужд, в отличие от прототипа дополнительно введены выпрямитель, два конденсатора фильтра, инвертор напряжения, первый и второй дроссели, при этом выпрямитель зажимами переменного тока подключен к первому выводу обмотки собственных нужд непосредственно, а ко второму выводу обмотки собственных нужд через первый дроссель, к выходным зажимам постоянного напряжения выпрямителя подключены соответствующие входные зажимы инвертора напряжения, выходной зажим переменного тока которого через второй дроссель соединен со вторым выводом конденсатора, конденсаторы фильтра подключены, первый между нулевым и положительным выходными зажимами постоянного напряжения выпрямителя и второй между нулевым и отрицательным выходными зажимами постоянного напряжения выпрямителя.The solution to this problem is achieved by the fact that in the inventive system containing a traction transformer with a network winding connected to the mains supply and auxiliary winding and a capacitor connected to the first output to the first output of the auxiliary winding, in contrast to the prototype, a rectifier and two filter capacitors are additionally introduced , a voltage inverter, the first and second inductors, while the rectifier is connected to the first terminal of the auxiliary winding by AC clamps directly, and to the second terminal of the winding for common needs, through the first inductor, to the output terminals of the rectifier DC voltage, the corresponding input terminals of the voltage inverter are connected, the output terminal of the alternating current of which is connected to the second output of the capacitor through the second inductor, the filter capacitors are connected, the first between the zero and positive output terminals of the rectifier DC voltage and the second between zero and negative output terminals of the rectifier DC voltage.

Введение в систему совокупности новых элементов выпрямителя, двух конденсаторов фильтра, инвертора напряжения, первого и второго дросселей, и их взаимосвязи позволяют сохранять симметричное трехфазное напряжение на выходе системы независимо от количества асинхронных электродвигателей, подключенных к нему, или при изменении напряжения на сетевой обмотке тягового трансформатора.Introduction to the system of a combination of new rectifier elements, two filter capacitors, a voltage inverter, first and second reactors, and their interconnections allow you to maintain a symmetric three-phase voltage at the system output, regardless of the number of asynchronous electric motors connected to it, or when the voltage on the winding of the traction transformer changes .

Это обусловлено тем, что в системе симметрирования трехфазного напряжения асинхронных вспомогательных двигателей электроподвижного состава напряжение третьей фазы на выходе инвертора напряжения формируют в квадратуре к линейному напряжению на выводах обмотки собственных нужд.This is due to the fact that in the system for balancing the three-phase voltage of asynchronous auxiliary motors of electric rolling stock, the voltage of the third phase at the output of the voltage inverter is formed in quadrature to the linear voltage at the terminals of the auxiliary winding.

На чертеже представлена схема системы симметрирования трехфазного напряжения асинхронных вспомогательных двигателей электроподвижного состава.The drawing shows a diagram of a system for balancing a three-phase voltage of asynchronous auxiliary motors of electric rolling stock.

Система содержит тяговый трансформатор 1, с сетевой обмоткой 2 и обмоткой собственных нужд 3, конденсатор 4, подключенный первым выводом к первому выводу С1 обмотки собственных нужд 3, выпрямитель 5, два конденсатора фильтра 6 и 7, инвертор напряжения 8, первый 9 и второй 10 дроссели. Выпрямитель 5 зажимами переменного тока подключен к первому выводу С1 обмотки собственных нужд 3 непосредственно, а ко второму выводу С2 обмотки собственных нужд через первый дроссель 9. К выходным зажимам постоянного напряжения выпрямителя 5 подключены соответствующие входные зажимы инвертора напряжения 8, выходной зажим переменного тока которого через второй дроссель 10 соединен с вторым выводом конденсатора 4. Конденсаторы фильтра 6 и 7 подключены, первый 6 между нулевым и положительным выходными зажимами постоянного напряжения выпрямителя и второй 7 между нулевым и отрицательным выходными зажимами постоянного напряжения выпрямителя.The system contains a traction transformer 1, with a network winding 2 and an auxiliary winding 3, a capacitor 4 connected to the first terminal C1 of the auxiliary winding 3, a rectifier 5, two filter capacitors 6 and 7, a voltage inverter 8, the first 9 and second 10 chokes. The rectifier 5 with AC clamps is connected directly to the first terminal C1 of the auxiliary winding 3, and to the second terminal C2 of the auxiliary winding through the first inductor 9. The corresponding input terminals of the voltage inverter 8 are connected to the DC output terminals of the rectifier 5, the AC output terminal of which is connected through the second inductor 10 is connected to the second output of the capacitor 4. The filter capacitors 6 and 7 are connected, the first 6 is straightened between the zero and positive output terminals of the DC voltage spruce and second 7 between the zero and negative output terminals of the DC voltage of the rectifier.

Предложенная система работает следующим образом. При подаче напряжения на сетевую обмотку трансформатора на обмотке собственных нужд 3 (выводы С1 и С2) появляется переменное напряжение. Это же напряжение с вывода С1 непосредственно, а вывода С2 через дроссель 9 поступает на выпрямитель 5. На выходе выпрямителя образуется двухполярное «плюс-ноль-минус» выпрямленное напряжение, которое сглаживается конденсаторами 6 и 7 фильтра, и подается на вход однофазного инвертора напряжения. Инвертор напряжения преобразует постоянное выпрямленное напряжение в модулированное широтно-импульсным способом переменное напряжение, которое сглаживается LC-фильтром - дроссель 10 и конденсатор 4, и подается на вывод С3. Напряжение на выводе С3 находится в квадратуре к напряжению на выводах С1 и С2. В результате на выводах С1, С2 и С3 формируется трехфазное симметричное переменное напряжение. Переменное напряжение на выводе С3 формируется из выпрямленного постоянного напряжения, его величина и фаза не зависят от нагрузки, которая подключена к выводам С1, С2 и С3, а также от изменения напряжения на сетевой обмотке.The proposed system works as follows. When voltage is applied to the transformer network winding on auxiliary winding 3 (terminals C1 and C2), an alternating voltage appears. This is the same voltage from terminal C1 directly, and terminal C2 through the inductor 9 is fed to the rectifier 5. At the output of the rectifier, a bipolar “plus-zero-minus” rectified voltage is generated, which is smoothed by the filter capacitors 6 and 7, and is fed to the input of a single-phase voltage inverter. The voltage inverter converts the direct rectified voltage into a pulse-width modulated alternating voltage, which is smoothed by the LC filter - inductor 10 and capacitor 4, and is fed to terminal C3. The voltage at terminal C3 is squared to the voltage at terminals C1 and C2. As a result, a three-phase symmetrical alternating voltage is formed at the terminals C1, C2 and C3. The alternating voltage at terminal C3 is formed from a rectified direct voltage, its magnitude and phase are independent of the load that is connected to terminals C1, C2 and C3, as well as from a change in voltage on the network winding.

Таким образом, реализация заявленной полезной модели обеспечивает решение поставленной задачи - получение трехфазного переменного напряжения для питания трехфазных асинхронных двигателей и сохранение его симметрии независимо от количества асинхронных электродвигателей, подключенных к системе, или изменения напряжения на сетевой обмотке тягового трансформатора.Thus, the implementation of the claimed utility model provides a solution to the problem - obtaining a three-phase AC voltage for supplying three-phase asynchronous motors and maintaining its symmetry regardless of the number of asynchronous electric motors connected to the system, or voltage changes on the main winding of the traction transformer.

Технико-экономическая эффективность предложения определяется тем, что при его использовании установленная мощность преобразовательного оборудования является наименьшей, так как преобразованию подлежит мощность только одной фазы трехфазной нагрузки.The technical and economic efficiency of the proposal is determined by the fact that when it is used, the installed capacity of the conversion equipment is the smallest, since only one phase of the three-phase load is subject to conversion.

Результаты испытания системы симметрирования трехфазного напряжения асинхронных вспомогательных двигателей электроподвижного состава на электровозе переменного тока показали, что сохранение симметрии трехфазного напряжения сокращает время пуска асинхронных электродвигателей, снижает ток двигателей и приводит к снижению расхода электроэнергии на собственные нужды на 5%.The results of testing the system for balancing the three-phase voltage of asynchronous auxiliary motors of electric rolling stock on an AC electric locomotive showed that maintaining the symmetry of the three-phase voltage reduces the start-up time of asynchronous electric motors, reduces the current of the motors and leads to a 5% reduction in power consumption for own needs.

Источники информацииInformation sources

1. Некрасов О.А. Вспомогательные машины электроподвижного состава переменного тока. М.: Транспорт, 1967. 168 с.1. Nekrasov O.A. Auxiliary machines of electric rolling stock of alternating current. M .: Transport, 1967.168 s.

2. Худоногов A.M., Смирнов В.П., Макаров В.В., Повысить надежность асинхронных двигателей, «Локомотив», №3, 2003.2. Khudonogov A.M., Smirnov VP, Makarov VV, Improve the reliability of asynchronous motors, Lokomotiv, No. 3, 2003.

3. Некрасов О.А., Рутштейн A.M. Вспомогательные машины электровозов переменного тока. - М.: Транспорт, 1988. - 223 с., рис.6.3. Nekrasov O.A., Rutshtein A.M. Auxiliary machines for electric locomotives of alternating current. - M.: Transport, 1988 .-- 223 p., Fig. 6.

Claims

A system for balancing the three-phase voltage of asynchronous auxiliary motors of electric rolling stock, comprising a traction transformer with a network winding connected to the supply network and an auxiliary winding and a capacitor connected to the first output to the first output of the auxiliary winding, characterized in that a rectifier is added to it, two filter capacitor, voltage inverter, first and second inductors, while the rectifier is connected to the first output of the winding by AC clamps direct needs, and to the second output of the auxiliary winding through the first inductor, the corresponding input terminals of the voltage inverter are connected to the output terminals of the DC voltage of the rectifier, the AC output terminal of which is connected through the second inductor to the second output of the capacitor, and the filter capacitors are connected the first between zero and positive rectifier DC output terminals and a rectifier between the zero and negative DC output terminals .