RU114004U1

RU114004U1 - DC ELECTRICITY SUPPLY SYSTEM

Info

Publication number: RU114004U1
Application number: RU2011116598/11U
Authority: RU
Inventors: Шамсумухамет Исламович Вафин
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2012-03-10

Abstract

1. Система электроснабжения электрифицированных железных дорог постоянного тока, содержащая трансформаторную подстанцию, имеющую понижающий трансформатор, выводы первичной обмотки которого подключены к сети внешнего электроснабжения, и тяговый преобразователь, один из выходов которого подключен к контактной сети, а другой выход к ходовому рельсу, отличающаяся тем, что тяговый преобразователь и контактная сеть выполнены с возможностью формирования выходного постоянного напряжения 25,0 кВ. ! 2. Тяговое устройство электровоза, питающегося от контактной сети системы электроснабжения, включающее блок тяговых двигателей, соединенный через выключатель с контактной сетью, и блок управления режимами работы тяговых двигателей, подключенный к блоку слаботочного источника питания постоянного тока, отличающееся тем, что блок тяговых двигателей выполнен с возможностью питания постоянным напряжением 25,0 кВ, при этом тяговые двигатели выполнены в виде тяговых бесколлекторных двигателей постоянного тока и установлены с возможностью или последовательного включения в пусковом режиме работы электровоза, или параллельного включения в номинальном режиме работы электровоза посредством введенных переключателей управления параллельно-последовательным включением тяговых двигателей, причем каждый тяговый бесколлекторный двигатель постоянного тока выполнен с мощностью более 1,5 МВт и возможностью выдерживания номинального напряжения питания якоря более 6,0 кВ при токе якоря более 500 А. 1. The power supply system of DC electrified railways, containing a transformer substation having a step-down transformer, the primary winding terminals of which are connected to an external power supply network, and a traction converter, one of the outputs of which is connected to the contact network, and the other output to the running rail, characterized by that the traction converter and the contact network are made with the possibility of generating an output constant voltage of 25.0 kV. ! 2. Traction device of an electric locomotive powered from the contact network of the power supply system, which includes a traction motor unit connected through a switch with a contact network, and a traction motor operating mode control unit connected to a low-current DC power supply unit, characterized in that the traction motor unit is made with the possibility of power supply with a constant voltage of 25.0 kV, while the traction motors are made in the form of traction brushless DC motors and are installed with the possibility of either serial connection in the starting mode of the electric locomotive operation, or parallel connection in the nominal operating mode of the electric locomotive by means of the parallel-serial control switches introduced switching on traction motors, and each traction brushless DC motor is made with a power of more than 1.5 MW and the ability to withstand the nominal armature supply voltage of more than 6.0 kV at an armature current of more than 500 A.

Description

Полезная модель относится к системе тягового электроснабжения железных дорог на постоянном токе, а именно к тяговому преобразователю трансформаторной подстанции, питающему контактную сеть, и к тяговому устройству электровоза, питающегося от контактной сети.The utility model relates to a direct current traction power supply system for railways, namely, to a traction transformer substation converter supplying a contact network, and to a traction device of an electric locomotive powered by a contact network.

Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является система электроснабжения железных дорог постоянного тока по патенту РФ на полезную модель №94918, МПК В60М 3/00, 10.06.2010, содержащая трансформаторную подстанцию постоянного тока с понижающим трансформатором, выводы первичной обмотки которого подключены к сети внешнего электроснабжения, и тяговым преобразователем, а также контактную сеть постоянного тока с напряжением 3,3 кВ, ходовой рельс, нагрузку-электровоз с блоком тяговых двигателей, имеющих коллекторно-щеточные преобразователи, при этом выходы тягового преобразователя подключены к контактной сети и ходовому рельсу. Блок коллекторных тяговых двигателей состоит из восьми тяговых двигателей, разделенных на четыре параллельных подблока, в каждом из которых два тяговых двигателя соединены последовательно. При номинальном режиме работы электровоза четыре параллельных подблока одновременно подключены к контактной сети с напряжением 3,3 кВ.The closest technical solution to the claimed utility model is a DC power supply system of the railways according to the RF patent for utility model No. 94918, IPC В60М 3/00, 06/10/2010, containing a DC transformer substation with a step-down transformer, the primary windings of which are connected to the network external power supply, and a traction converter, as well as a direct current contact network with a voltage of 3.3 kV, a running rail, a load-electric locomotive with a block of traction motors having brush-collector motors converters, while the outputs of the traction converter are connected to the contact network and the running rail. The block of collector traction motors consists of eight traction motors, divided into four parallel subunits, in each of which two traction motors are connected in series. With the nominal operating mode of the electric locomotive, four parallel subunits are simultaneously connected to the contact network with a voltage of 3.3 kV.

Основным недостатком известной системы электроснабжения является низкая пропускная способность системы, обусловленная низким напряжением контактной сети, равным 3,3 кВ, и низкий коэффициент использования коллекторных тяговых двигателей из-за низкого напряжения питания якоря U-як, равным 1,5 кВ, а также низкая эксплуатационная надежность тяговых двигателей, следовательно и системы электроснабжения в целом, из-за наличия коллекторно-щеточных преобразователей.The main disadvantage of the known power supply system is the low throughput of the system, due to the low voltage of the contact network, equal to 3.3 kV, and the low utilization of collector traction motors due to the low supply voltage of the armature U-yak, equal to 1.5 kV, as well as low operational reliability of traction motors, and therefore the power supply system as a whole, due to the presence of collector-brush converters.

Задачей полезной модели является увеличение пропускной способности системы электроснабжения и повышение коэффициента использования тяговых двигателей за счет обеспечения возможности повышения напряжения контактной сети и возможности использования бесколлекторных тяговых двигателей постоянного тока с повышенным напряжением питания якоря.The objective of the utility model is to increase the throughput of the power supply system and increase the utilization coefficient of traction motors by providing the possibility of increasing the voltage of the contact network and the possibility of using brushless DC traction motors with increased armature supply voltage.

Технический результат достигается тем, что в системе электроснабжения электрифицированных железных дорог постоянного тока содержащей трансформаторную подстанцию, имеющую понижающий трансформатор, выводы первичной обмотки которого подключены к сети внешнего электроснабжения, и тяговый преобразователь, один из выходов которого подключен к контактной сети, а другой выход к ходовому рельсу, нагрузку-электровоз с тяговым устройством, включающим блок тяговых двигателей, соединенный через выключатель с контактной сетью, и блок управления режимами работы тяговых двигателей, подключенный к блоку слаботочного источника питания постоянного тока, согласно заявляемой полезной модели, тяговый преобразователь и контактная сеть выполнены с возможностью формирования выходного постоянного напряжения 25,0 кВ и питания этим напряжением блока тяговых двигателей, в котором тяговые двигатели выполнены в виде тяговых бесколлекторных двигателей постоянного тока и установлены с возможностью или последовательного включения в пусковом режиме работы электровоза, или параллельного включения в номинальном режиме работы электровоза посредством введенных переключателей управления параллельно-последовательным включением тяговых двигателей, причем каждый тяговый бесколлекторный двигатель постоянного тока выполнен с мощностью более 1,5 МВт и возможностью выдерживания номинального напряжения питания якоря более 6,0 кВ при токе якоря более 500 А.The technical result is achieved by the fact that in the power supply system of electrified railways of direct current containing a transformer substation having a step-down transformer, the terminals of the primary winding of which are connected to an external power supply network, and a traction converter, one of the outputs of which is connected to the contact network, and the other output to the chassis rail, load-electric locomotive with a traction device, including a block of traction motors, connected through a switch to the contact network, and a control unit operating modes of the traction motors, connected to the low-current DC power supply unit, according to the claimed utility model, the traction converter and the contact network are configured to generate an output voltage of 25.0 kV and supply this voltage to the traction motor unit, in which the traction motors are made in the form DC brushless traction motors and are installed with the possibility of either sequential inclusion in the starting mode of operation of an electric locomotive, or parallel to operation in the nominal mode of operation of the electric locomotive by means of introduced switches for controlling parallel-series connection of the traction motors, each traction brushless DC motor made with a power of more than 1.5 MW and the ability to withstand the rated voltage of the armature of more than 6.0 kV with an armature current of more than 500 A .

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная схема заявляемой системы электроснабжения электрифицированных железных дорог постоянного тока, на фиг.2 - блок-схема тягового электрооборудования, а на фиг.3 показана электрическая схема включения тяговых бесколлекторных двигателей постоянного тока.The essence of the utility model is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a schematic diagram of the inventive electric power supply system for electrified direct current railways, Fig. 2 is a block diagram of a traction electrical equipment, and Fig. 3 shows an electrical diagram for activating a traction brushless DC motor.

Цифрами на чертежах обозначены:The numbers in the drawings indicate:

1 - трансформаторная подстанция,1 - transformer substation,

2 - понижающий трансформатор,2 - step-down transformer,

3 - сеть внешнего электроснабжения,3 - network external power supply,

4 - тяговый преобразователь,4 - traction converter,

5 - контактная сеть,5 - contact network

6 - ходовой рельс,6 - running rail,

7 - нагрузка-электровоз электроподвижного состава (ЭПС),7 - load-electric locomotive of electric rolling stock (EPS),

8 - тяговое устройство,8 - traction device

9 - блок тяговых двигателей,9 - block traction engines,

10 - тяговый бесколлекторный двигатель постоянного тока,10 - traction brushless DC motor,

11 - блок управления режимами работы тяговых двигателей,11 - control unit operating modes of traction engines,

12 - блок слаботочного источника питания постоянного тока,12 - block low-current power source DC

13 - переключатель управления параллельно-последовательным включением тяговых двигателей,13 - control switch parallel-sequential inclusion of traction motors,

14 - выключатель.14 - switch.

Система электроснабжения электрифицированных железных дорог постоянного тока содержит трансформаторную подстанцию 1, имеющую понижающий трансформатор 2 и тяговый преобразователь 4, контактную сеть 5, ходовой рельс 6, нагрузку-электровоз 7 с тяговым устройством 8. Выводы первичной обмотки понижающего трансформатора 2 подключены к сети 3 внешнего электроснабжения. Один из выходов тягового преобразователя 4 подключен к контактной сети 5, а другой выход - к ходовому рельсу 6. Тяговое устройство 8 включает в себя блок 9 тяговых двигателей, соединенный через выключатель 14 с контактной сетью 5, и блок 10 управления режимами работы тяговых двигателей, подключенный к блоку 11 слаботочного источника питания постоянного тока.The power supply system for electrified DC railways contains a transformer substation 1 having a step-down transformer 2 and a traction converter 4, a contact network 5, a running rail 6, a load-electric locomotive 7 with a traction device 8. The terminals of the primary winding of the step-down transformer 2 are connected to the external power supply network 3 . One of the outputs of the traction converter 4 is connected to the contact network 5, and the other output is connected to the running rail 6. The traction device 8 includes a traction motor unit 9 connected via a switch 14 to the contact network 5, and a traction motor operation mode control unit 10, connected to the block 11 of a low-current DC power source.

Отличием заявляемой системы электроснабжения электрифицированных железных дорог постоянного тока от известной системы электроснабжения является то, что тяговый преобразователь 4 и контактная сеть 5 выполнены с возможностью формирования выходного постоянного напряжения 25,0 кВ и питания этим напряжением блока 9 тяговых двигателей (см. фиг.2). Другим отличием является то, что тяговые двигатели в блоке 9 выполнены в виде тяговых бесколлекторных двигателей 10 постоянного тока, например в соответствии с заявкой на изобретение №2010130274/07 от 19.07.2010. Тяговые бесколлекторные двигатели 10 постоянного тока установлены в блоке 9 с возможностью или последовательного включения в пусковом режиме работы электровоза 7, или параллельного включения в номинальном режиме работы электровоза 7 (см. фиг.3) посредством введенных переключателей 13 управления параллельно-последовательным включением тяговых двигателей 10. Каждый тяговый бесколлекторный двигатель 10 постоянного тока выполнен с мощностью более 1,5 МВт и возможностью выдерживания номинального напряжения питания якоря более 6,0 кВ при токе якоря более 500 А.The difference between the claimed power supply system of electrified railways of direct current from the known power supply system is that the traction converter 4 and the contact network 5 are configured to generate an output DC voltage of 25.0 kV and supply this voltage to the unit 9 of the traction motors (see figure 2) . Another difference is that the traction motors in block 9 are made in the form of DC brushless traction motors 10, for example, in accordance with the application for the invention No. 2010012727/07 of 07/19/2010. DC brushless traction motors 10 are installed in block 9 with the possibility of either sequentially switching on the start-up operation of the electric locomotive 7, or parallel switching in the nominal operation mode of the electric locomotive 7 (see FIG. 3) by means of the introduced switches 13 for controlling parallel-series connection of the traction motors 10 Each traction brushless DC motor 10 is made with a power of more than 1.5 MW and the ability to withstand the rated supply voltage of the armature of more than 6.0 kV at a current of More than 500 A.

В приведенном на фиг.3 примере конкретного выполнения блока 9 тяговых двигателей он состоит из восьми тяговых бесколлекторных двигателей 10 постоянного тока, разделенных на два параллельных подблока, в каждом из которых четыре тяговых двигателя 10 соединены последовательно. При пусковом режиме работы электровоза 7, при помощи переключателя 13, задействуются все восемь тяговых бесколлекторных двигателя 10 постоянного тока, а при номинальном режиме работы электровоза 7 два параллельных подблока тяговых двигателей одновременно подключены к контактной сети с напряжением 27,5 кВ.In the example of a specific embodiment of the traction motor unit 9 shown in FIG. 3, it consists of eight DC brushless traction motors 10, divided into two parallel subunits, in each of which four traction motors 10 are connected in series. With the starting mode of operation of the electric locomotive 7, using the switch 13, all eight DC brushless traction motors 10 are activated, and with the nominal operating mode of the electric locomotive 7, two parallel sub-blocks of the traction motors are simultaneously connected to the contact network with a voltage of 27.5 kV.

Система электроснабжения электрифицированных железных дорог постоянного тока работает следующим образом.The power supply system of electrified railways DC operates as follows.

На трансформаторную подстанцию 1 подводится внешнее электрическое питание переменного тока от сети 3 внешнего электроснабжения, которое в подстанции 1 преобразуется в постоянный ток напряжением 25,0 кВ. Выходной провод тягового преобразователя 4 с положительным потенциалом подключается к контактной сети 5, а выходной провод тягового преобразователя 4 с отрицательным потенциалом - к ходовым рельсам 6. Контактная сеть 5 является источником питания постоянным током для всех тяговых бесколлекторных двигателей 10 постоянного тока, установленных в блоке 9 электровоза 7 и подключенных к контактной сети 5.An external electric power supply of alternating current is supplied to the transformer substation 1 from the external power supply network 3, which in substation 1 is converted into a direct current voltage of 25.0 kV. The output wire of the traction converter 4 with a positive potential is connected to the contact network 5, and the output wire of the traction converter 4 with a negative potential is connected to the running rails 6. The contact network 5 is a direct current power source for all traction brushless DC motors 10 installed in block 9 electric locomotive 7 and connected to the contact network 5.

Чем больше мощность трансформаторной подстанции 1, тем больше расстояние между подстанциями, тем большее количество электровозов 7 обслуживается на перегоне между подстанциями. Таким образом достигается большая пропускная способность системы, и следовательно повышается экономичность системы электроснабжения.The greater the power of the transformer substation 1, the greater the distance between the substations, the greater the number of electric locomotives 7 served on the stretch between the substations. Thus, a large system throughput is achieved, and consequently, the efficiency of the power supply system is increased.

Электровоз 7 подготавливается к движению подключением блока 9 тяговых двигателей к контактной сети 5.An electric locomotive 7 is prepared for movement by connecting a block 9 of traction motors to a contact network 5.

Движением электровоза 7 в различных режимах его движения управляет блок 11 управления режимами работы тяговых двигателей, который своим выходом подключен к входу блока 9 тяговых двигателей.The movement of the electric locomotive 7 in various modes of its movement is controlled by the unit 11 for controlling the operating modes of the traction engines, which is connected by its output to the input of the unit 9 of the traction engines.

В пусковом режиме работы электровоза 7, прежде чем подключить тяговые бесколлекторные двигатели 10 постоянного тока блока 9 в работу, все восемь тяговых двигателей 10 подключаются последовательно, при помощи переключателей 13 управления параллельно-последовательным включением тяговых двигателей, и только после этого, при помощи выключателя 14, подключаются к контактной сети 5 для начала работы. После включения выключателя 14 блок 12 слаботочного источника питания начинает питать блок 11 управления, который осуществляет управление режимами работы тяговых бесколлекторных двигателей 10 постоянного тока.In the starting mode of operation of the electric locomotive 7, before connecting the traction brushless DC motors 10 of the block 9 into operation, all eight traction motors 10 are connected in series using the switches 13 for controlling the parallel-series connection of the traction motors, and only then, using the switch 14 are connected to the contact network 5 to start work. After turning on the switch 14, the block 12 of the low-current power source begins to power the control unit 11, which controls the operating modes of the traction brushless DC motors 10.

При соединении всех тяговых бесколлекторные двигатели 10 постоянного тока последовательно пусковой ток тяговых двигателей 10 сокращается в связи с ростом сопротивления их якоря, при практически высоком пусковом моменте трогания, из-за малости скорости движения.When all tractionless DC brushless motors 10 are connected in series, the starting current of the traction motors 10 is reduced due to the increase in the resistance of their armature, with a practically high starting torque when starting, due to the low speed.

В номинальном режиме работы электровоза 7, т.е. с набором скорости электровоза до номинальной скорости, тяговые бесколлекторные двигатели 10 постоянного тока блока 9 переключаются, при помощи переключателей 13 управления параллельно-последовательным включением тяговых двигателей, на два параллельно работающих подблока. В каждом подблоке расположено по четыре тяговых бесколлекторных двигателя 10 постоянного тока, соединенных последовательно. Каждый тяговый двигатель 10 в обоих подблоках работает в номинальном режиме с номинальным напряжением в каждом тяговом двигателе 10.In the nominal operating mode of the electric locomotive 7, i.e. with a set speed of the electric locomotive up to the rated speed, the brushless DC traction motors 10 of the block 9 are switched, using the switches 13 for controlling the parallel-series connection of the traction motors, into two parallel working subunits. In each subunit there are four traction brushless DC motors 10 connected in series. Each traction motor 10 in both subunits operates in nominal mode with a rated voltage in each traction motor 10.

Процесс снижения скорости электровоза 7 происходит в обратном порядке вплоть до останова электровоза.The process of reducing the speed of the electric locomotive 7 occurs in the reverse order until the electric locomotive stops.

Использование заявляемой полезной модели позволит увеличить пропускную способность системы электроснабжения за счет увеличения напряжения контактной сети до 25 кВ при одинаковых токах питания и использования в качестве тяговых двигателей бесколлекторных тяговых двигателей постоянного тока, каждый из которых имеет мощность более 1,5 МВт и возможность выдерживания номинального напряжения питания якоря более 6,0 кВ (это соответствует уровню питания асинхронных электродвигателей переменного тока) при токе якоря более 500 А. При этом значительно увеличивается коэффициент использования тяговых двигателей за счет возможности их параллельно-последовательного включения, и эксплуатационная надежность бесколлекторного тягового двигателя постоянного тока, а соответственно надежность работы электровоза и системы в целом из-за отсутствия коллекторно-щеточного преобразователя.Using the inventive utility model will increase the throughput of the power supply system by increasing the voltage of the contact network up to 25 kV at the same supply currents and using brushless DC traction motors as traction motors, each of which has a power of more than 1.5 MW and the ability to withstand the rated voltage power supply of the armature more than 6.0 kV (this corresponds to the power level of asynchronous AC motors) with an armature current of more than 500 A. flax increased utilization traction motors by allowing them to parallel-series connection, and operational reliability of a brushless DC drive motor, and accordingly reliability of the electric system as a whole and because of the lack of the brush collector-converter.

Claims

1. The power supply system of electrified DC railways, comprising a transformer substation having a step-down transformer, the primary windings of which are connected to an external power supply network, and a traction converter, one of the outputs of which is connected to a contact network, and the other output to a running rail, characterized in that the traction converter and the contact network are configured to generate an output DC voltage of 25.0 kV.

2. Traction device of an electric locomotive powered from the contact network of the power supply system, including a traction motor unit connected via a switch to the contact network, and a traction motor operating mode control unit connected to a low-current DC power supply unit, characterized in that the traction motor unit is made with the possibility of supplying a constant voltage of 25.0 kV, while the traction motors are made in the form of traction brushless DC motors and are installed with the possibility of sequential inclusion in the starting mode of operation of the electric locomotive, or parallel switching on in the nominal operation mode of the electric locomotive through the introduced control switches for parallel-sequential switching of the traction motors, each traction brushless DC motor made with a power of more than 1.5 MW and the ability to withstand the rated voltage of the armature supply more 6.0 kV at an armature current of more than 500 A.