RU2027616C1

RU2027616C1 - Traction electric drive of electric locomotive

Info

Publication number: RU2027616C1
Application number: SU914942999A
Authority: RU
Inventors: Юрий Моисеевич Иньков; Виктор Васильевич Литовченко; Александр Михайлович Солодунов; Валерий Владимирович Ярец
Original assignee: Малое научно-техническое внедренческое государственное предприятие "Асинхрон"
Priority date: 1991-06-05
Filing date: 1991-06-05
Publication date: 1995-01-27

Abstract

FIELD: railway transport; dc electric locomotives with traction electric drive employing squirrel-cage induction motors. SUBSTANCE: drive has induction traction motors 1, inverters 2 and 3 series-connected through contactor 4, reactors 5 and 6, pulse interrupters 7 and 8 with reversed polarity diodes 15 and 16 connected through input filter 9 to contact system 10, additional diodes 17 and 18 and braking resistor 19 connected in parallel with contactor 4. EFFECT: reliable generator braking of all traction motors. 1 dwg

Description

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано на электровозах постоянного тока для регулирования тягового электропривода на базе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. The invention relates to railway transport and can be used on direct current electric locomotives for regulating a traction electric drive based on squirrel-cage induction motors.

Известен тяговый электропривод электровоза на базе тяговых асинхронных двигателей, подключенных обмотками к автономному инвертору тока, который подключен через первый и второй импульсный прерыватели и входной индуктивно-емкостный фильтр к контактной сети постоянного тока. Known traction electric locomotive based on traction asynchronous motors connected by windings to a stand-alone current inverter, which is connected through the first and second pulse choppers and the input inductive-capacitive filter to a direct current contact network.

Недостатком тягового электропривода является повышенный уровень пульсаций напряжения на выходе импульсных прерывателей, высокий уровень напряжения на полупроводниковых приборах импульсных прерывателей, а следовательно, необходимость включения большого количества последовательно соединенных тиристоров и диодов, что снижает надежность и увеличивает потери энергии в приводе. The drawback of the traction electric drive is the increased level of voltage ripples at the output of the pulse choppers, the high voltage level on the semiconductor devices of the pulse choppers, and therefore the need to turn on a large number of series-connected thyristors and diodes, which reduces reliability and increases energy losses in the drive.

В качестве прототипа принят тяговый электропривод электровоза, содержащий тяговые асинхронные двигатели, подключенные обмотками к выходам двух инверторов тока, соединенных последовательно посредством контактора, два импульсных прерывателя, входы которых через индуктивно-емкостной фильтр с двумя последовательно включенными конденсаторами подключены к контактной сети постоянного тока, а выходы через соответствующие реакторы к входам инверторов тока, два обратных диода, включенных последовательно между выходными выводами импульсных прерывателей и соединенных общим выводом с общим выводом конденсаторов фильтра, два дополнительных диода, включенных между соответствующими выводами контактора и входными выводами соответствующих импульсных прерывателей, и тормозные резисторы. As a prototype, an electric locomotive traction electric drive was adopted, containing asynchronous traction motors connected by windings to the outputs of two current inverters connected in series through a contactor, two pulse choppers, the inputs of which are connected to a direct current contact network through an inductance-capacitive filter with two capacitors connected in series, and outputs through the respective reactors to the inputs of current inverters, two reverse diodes connected in series between the output terminals are pulse breakers and a common terminal connected with a common output filter capacitors, two additional diodes connected between respective terminals of the contactor and the corresponding input terminals of the pulse choppers and brake resistors.

Недостаток прототипа - подключение тормозных резисторов параллельно каждому инвертору усложняет схему и не позволяет равномерно нагрузить асинхронные тяговые двигатели в режиме торможения и может приводить к срыву процесса торможения, что снижает надежность привода в целом. The disadvantage of the prototype is that connecting brake resistors in parallel to each inverter complicates the circuit and does not evenly load asynchronous traction motors in braking mode and can disrupt the braking process, which reduces the reliability of the drive as a whole.

Цель изобретения - повышение надежности и упрощение схемы тягового электропривода. The purpose of the invention is to increase reliability and simplify the traction drive circuit.

Цель достигается тем, что тормозной резистор включен параллельно контактору, соединяющему указанные инверторы последовательно. The goal is achieved by the fact that the braking resistor is connected in parallel with the contactor connecting these inverters in series.

На чертеже изображена принципиальная схема тягового электропривода электровоза. The drawing shows a schematic diagram of a traction electric drive of an electric locomotive.

Тяговый электропривод электровоза содержит тяговые асинхронные электродвигатели 1, подключенные обмотками к выходам инверторов тока 2 и 3, соединенных последовательно посредством контактора 4, два импульсных прерывателя 5 и 6, входы которых через индуктивно-емкостной фильтр 7 с двумя последовательно включенными конденсаторами 8 и 9 и реактором 10 подключены к контактной сети постоянного тока 11 посредством токоприемника 12, а выходы через реакторы 13 и 14 - к входам инверторов 2 и 3, два обратных диода 15 и 16, включенных последовательно между выходными выводами импульсных прерывателей 5 и 6 и соединенных общим выводом с общим выводом конденсаторов 8 и 9 фильтра 7, два дополнительных диода 17 и 18, включенных между выводами контактора 4 и входными выводами импульсных прерывателей 5 и 6, и тормозной резистор 19, включенный параллельно контактору 4. A traction electric drive of an electric locomotive contains traction asynchronous electric motors 1 connected by windings to the outputs of current inverters 2 and 3, connected in series by a contactor 4, two pulse choppers 5 and 6, whose inputs are through an inductive-capacitive filter 7 with two capacitors 8 and 9 connected in series and a reactor 10 are connected to a direct current contact network 11 by means of a current collector 12, and the outputs through reactors 13 and 14 are connected to the inputs of inverters 2 and 3, two reverse diodes 15 and 16 connected in series between the output the output terminals of the pulse choppers 5 and 6 and connected to the common terminal with the common output of the capacitors 8 and 9 of the filter 7, two additional diodes 17 and 18 connected between the terminals of the contactor 4 and the input terminals of the pulse choppers 5 and 6, and a braking resistor 19 connected in parallel with the contactor 4.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В режиме тяги контактор 4 замкнут. Напряжение контактной сети 11 через токоприемник 12 и реактор 10 подается на конденсаторы 8 и 9 фильтра 7, которые заряжаются до напряжения, равного половине напряжения в контактной сети. При поочередном включении импульсных прерывателей 5 и 6, работающих со сдвигом, равным половине периода импульсного цикла, и регулируемой длительностью включенного их состояния, напряжение на выходе имеет форму прямоугольных импульсов и среднее значение которого определяется длительностью включенного состояния прерывателей. Это напряжение прикладывается к нагрузке и вызывает протекание тока по цепи: реактор 13, инвертор 2 и обмотки двигателя 1, контактор 4, инвертор 3 и обмотки двигателя 1, реактор 14 и далее. В зависимости от состояния прерывателей ток может протекать по нескольким цепям: прерыватели 5 и 6 включены - ток через включенные импульсные прерыватели 5 и 6 протекает через конденсаторы 8 и 9 фильтра 7 и частично через реактор 10, токоприемник 12 и контактную сеть 11; прерыватель 5 включен, а прерыватель 6 выключен - ток через прерыватель 5 и обратный диод 16 протекает через конденсатор 8 и частично через реактор 10, токоприемник 12, контактную сеть 11 и конденсатор 9; прерыватель 5 выключен, а прерыватель 6 включен - ток через прерыватель 6 и обратный диод 15 протекает через конденсатор 9 и частично через конденсатор 8, реактор 10, токоприемник 12 и контактную сеть 11; прерыватели 5 и 6 выключены - ток протекает через обратные диоды 15 и 16. Регулируя длительность включенного и выключенного состояния прерывателей 5 и 6, изменяют напряжение на выходе прерывателей и тем самым величину тока в асинхронных тяговых двигателях. In traction mode, contactor 4 is closed. The voltage of the contact network 11 through the current collector 12 and the reactor 10 is supplied to the capacitors 8 and 9 of the filter 7, which are charged to a voltage equal to half the voltage in the contact network. When alternating switching on of pulse breakers 5 and 6, operating with a shift equal to half the period of the pulse cycle, and adjustable by the duration of their on state, the output voltage has the shape of rectangular pulses and the average value of which is determined by the duration of the on state of the breakers. This voltage is applied to the load and causes current to flow along the circuit: reactor 13, inverter 2 and motor windings 1, contactor 4, inverter 3 and motor windings 1, reactor 14 onwards. Depending on the state of the circuit breakers, the current can flow through several circuits: circuit breakers 5 and 6 are switched on - current through the switched pulse breakers 5 and 6 flows through capacitors 8 and 9 of filter 7 and partially through reactor 10, current collector 12 and contact network 11; the chopper 5 is turned on, and the chopper 6 is off - the current through the chopper 5 and the reverse diode 16 flows through the capacitor 8 and partially through the reactor 10, the current collector 12, the contact network 11 and the capacitor 9; the chopper 5 is turned off, and the chopper 6 is turned on - the current through the chopper 6 and the reverse diode 15 flows through the capacitor 9 and partially through the capacitor 8, the reactor 10, the current collector 12 and the contact network 11; circuit breakers 5 and 6 are off - current flows through the return diodes 15 and 16. By adjusting the on and off state of the circuit breakers 5 and 6, the voltage at the output of the circuit breakers and thereby the current value in asynchronous traction motors are changed.

В режиме электрического торможения контактор 4 разомкнут. При этом возможно осуществление двух видов торможения: резисторного, при котором электрическая энергия, вырабатываемая тяговыми двигателями 1, гасится в тормозном резисторе 19, и резисторно-рекуперативного, при котором электрическая энергия, вырабатываемая тяговыми двигателями 1, частично гасится в резисторе 19, а частично через дополнительные диоды 17 и 18 передается в контактную сеть. При этом переход из режима резисторного в режим резисторно-рекуперативного торможения происходит автоматически без каких-либо дополнительных переключений. In electric braking mode, the contactor 4 is open. In this case, two types of braking are possible: resistor, in which the electric energy generated by the traction motors 1 is extinguished in the brake resistor 19, and resistor-regenerative, in which the electric energy produced by the traction motors 1 is partially extinguished in the resistor 19, and partially through additional diodes 17 and 18 are transmitted to the contact network. In this case, the transition from the resistor mode to the resistor-regenerative braking mode occurs automatically without any additional switching.

При резисторном торможении и выключенных прерывателях 5 и 6 тормозной ток замыкается по цепи: инвертор 3, обмотки двигателя 1, реактор 14, диоды 16 и 15, реактор 13, инвертор 2, обмотки двигателя 1, тормозной резистор 19. При включенном одном прерывателе, например 7, тормозной ток протекает по цепи: инвертор 3, обмотки двигателя 1, реактор 14, диод 16, конденсатор 8, прерыватель 5, реактор 13, инвертор 2, обмотки двигателя 1, тормозной резистор 19. Дополнительно часть тормозного тока протекает по цепи, параллельной конденсатору 8, а именно: конденсатор 9, контактная сеть 11, токоприемник 12, реактор 10. При этом в реакторах 13 и 14 происходит накопление электромагнитной энергии, которая после выключения прерывателя 5 рассеивается в тормозном резисторе 19. When resistor braking and turned off choppers 5 and 6, the brake current closes in the circuit: inverter 3, motor winding 1, reactor 14, diodes 16 and 15, reactor 13, inverter 2, motor winding 1, brake resistor 19. When one breaker is on, for example 7, the brake current flows through the circuit: inverter 3, motor winding 1, reactor 14, diode 16, capacitor 8, chopper 5, reactor 13, inverter 2, motor winding 1, brake resistor 19. Additionally, part of the brake current flows through a parallel circuit capacitor 8, namely: capacitor 9, contact I network 11, current collector 12, reactor 10. In this case, in the reactors 13 and 14 there is an accumulation of electromagnetic energy, which, after turning off the breaker 5, is dissipated in the braking resistor 19.

При резисторно-рекуперативном торможении, когда при протекании тормозного тока через резистор 19 напряжение на нем превышает напряжение в контактной сети, диоды 17 и 18 включаются и часть тормозного тока начинает протекать в контактную сеть по цепи: диод 18, инвертор 3, обмотки двигателя 1, реактор 14, диоды 16, 15, реактор 13, инвертор 2, обмотки двигателя 1, диод 17, реактор 10, токоприемник 12, контактная сеть 11. During resistive regenerative braking, when the brake current flows through the resistor 19, the voltage on it exceeds the voltage in the contact network, the diodes 17 and 18 are turned on and part of the brake current begins to flow into the contact network through the circuit: diode 18, inverter 3, motor winding 1, reactor 14, diodes 16, 15, reactor 13, inverter 2, motor winding 1, diode 17, reactor 10, current collector 12, contact network 11.

Включая и выключая прерыватели 5 и 6, регулируют величину энергии, запасаемой в реакторах 13 и 14, и тем самым осуществляют регулирование тормозного тока и момента асинхронных двигателей. Поскольку при включении прерывателей 5 и 6 в режиме торможения подключаются тяговые двигатели к контактной сети, тормозной ток регулируется во всем диапазоне изменения скорости их вращения, практически до нулевой. Turning on and off the breakers 5 and 6, regulate the amount of energy stored in the reactors 13 and 14, and thereby regulate the braking current and torque of the induction motors. Since traction motors are connected to the contact network when the breakers 5 and 6 are turned on in the braking mode, the braking current is regulated over the entire range of their rotation speed, almost to zero.

Технико-экономическая эффективность предложения заключается в следующем. Technical and economic efficiency of the proposal is as follows.

Подключение одного тормозного резистора параллельно контактору упрощает схему электропривода и сокращает количество тиристоров в схеме преобразователя, что снижает его стоимость на 1-2%. Использование одного тормозного резистора, через который протекает общий тормозной ток, обеспечивает устойчивое генераторное торможение всех тяговых двигателей электропривода, что повышает надежность режима торможения, а возможность осуществления режима торможения практически до нулевой скорости движения увеличивает его эффективность и позволяет дополнительно возвратить в контактную сеть до 10-15% электроэнергии. Connecting one brake resistor parallel to the contactor simplifies the drive circuit and reduces the number of thyristors in the converter circuit, which reduces its cost by 1-2%. The use of one braking resistor through which the total braking current flows ensures stable generator braking of all traction motors of the electric drive, which increases the reliability of the braking mode, and the possibility of braking almost to zero speed increases its efficiency and allows it to be returned to the contact network up to 10- 15% of electricity.

Claims

ELECTRIC locomotive traction electric drive, comprising asynchronous traction electric motors connected by windings to the outputs of two current inverters connected in series by a contactor, two pulse choppers, the inputs of which are connected to a direct current contact network through an inductance-capacitive filter with two capacitors connected in series, and the outputs through the corresponding reactors - to the inputs of current inverters, two reverse diodes connected in series between the output terminals of the pulse choppers and soy bounded by a common terminal with a common terminal of the filter capacitors, two additional diodes connected between the corresponding terminals of the contactor and the input terminals of the respective pulse choppers, and a brake resistor, characterized in that the brake resistor is connected in parallel with the contactor.