RU223872U1

RU223872U1 - DEVICE FOR REGULATING THE POWER OF ROLLING STOCK FAN MOTORS

Info

Publication number: RU223872U1
Application number: RU2023126046U
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Тимощук
Filing date: 2023-10-11
Publication date: 2024-03-06

Abstract

Полезная модель относится к преобразовательной технике, преимущественно используемой на железнодорожном транспорте, и предназначена, в частности, для регулирования мощности мотор-вентиляторов с приводными трехфазными асинхронными электродвигателями, предназначенных для охлаждения силовых выпрямительных установок, сглаживающих реакторов и тяговых двигателей на электровозах переменного тока. Техническим результатом является обеспечение защиты от перерегулирования мощности мотор-вентиляторов. Устройство регулирования мощности мотор-вентиляторов подвижного состава содержит преобразователь частоты, переключатель режимов вентиляции, выключатель, блок управления, блок переходных реле и мультиплексор. Обеспечивается сокращение расхода электроэнергии при работе локомотива. 1 ил.

The utility model relates to converter technology, mainly used in railway transport, and is intended, in particular, for regulating the power of motor fans with drive three-phase asynchronous electric motors intended for cooling power rectifier units, smoothing reactors and traction motors on AC electric locomotives. The technical result is to provide protection against overregulation of the power of motor fans. The device for regulating the power of motor fans of rolling stock contains a frequency converter, a ventilation mode switch, a switch, a control unit, a block of transition relays and a multiplexer. This ensures a reduction in energy consumption during locomotive operation. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к преобразовательной технике, преимущественно используемой на железнодорожном транспорте, и предназначена, в частности, для регулирования мощности мотор-вентиляторов с приводными трехфазными асинхронными электродвигателями, предназначенных для охлаждения силовых выпрямительных установок, сглаживающих реакторов и тяговых двигателей на электровозах переменного тока.The utility model relates to converter technology, mainly used in railway transport, and is intended, in particular, for regulating the power of motor fans with drive three-phase asynchronous electric motors intended for cooling power rectifier units, smoothing reactors and traction motors on AC electric locomotives.

Известно устройство для регулирования частоты вращения вентилятора электровоза переменного тока, содержащее однофазный тяговый трансформатор, имеющий первичную обмотку, подключенную к питающей сети и вторичную обмотку с тремя выводами, к которым подключен преобразователь частоты, формирующий трехфазное напряжение, имеющее частоту ниже, чем 50 Гц, для питания асинхронного трехфазного электродвигателя вентилятора и снижения его частоты вращения (пат. РФ №2285329, опубл. 10.10.2006). При этом переключение электродвигателя вентилятора на пониженную частоту осуществляется в зависимости от токов нагрузки тяговых электродвигателей локомотива, а при превышении токами нагрузки порогового значения асинхронный трехфазный электродвигатель вентилятора переключается на обычное трехфазное напряжение частотой 50 Гц.A device is known for regulating the rotation speed of an AC electric locomotive fan, containing a single-phase traction transformer having a primary winding connected to the supply network and a secondary winding with three terminals, to which a frequency converter is connected, generating a three-phase voltage having a frequency lower than 50 Hz, for powering an asynchronous three-phase fan motor and reducing its rotation speed (RF patent No. 2285329, published 10.10.2006). In this case, the fan electric motor switches to a lower frequency depending on the load currents of the locomotive traction motors, and when the load currents exceed a threshold value, the asynchronous three-phase fan motor switches to a conventional three-phase voltage with a frequency of 50 Hz.

Недостатком данного устройства являются большие масса и габариты, а также снижение интенсивности охлаждения тяговых электродвигателей при работе локомотива в режимах тяги и рекуперативного торможения, что может привести к перегреву тяговых электродвигателей, сглаживающих реакторов и выпрямительно-инверторных преобразователей, кроме того, недостатком является отсутствие контроля температуры охлаждаемого оборудования при протекании тока в тяговых электродвигателях, т.е. при наличии мощности тепловых потерь.The disadvantage of this device is its large weight and dimensions, as well as a decrease in the cooling intensity of the traction motors when the locomotive operates in traction and regenerative braking modes, which can lead to overheating of the traction motors, smoothing reactors and rectifier-inverter converters; in addition, the disadvantage is the lack of temperature control cooled equipment when current flows in traction motors, i.e. in the presence of heat loss power.

Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является устройство для регулирования частоты вращения мотор-вентиляторов электровозов переменного тока, содержащее подключенный к двум шинам питающей сети преобразователь частоты, блок управления, переключатель режима вентиляции, асинхронный трехфазный электродвигатель привода вентилятора подключен через три нормально-замкнутых контакта переключателя режима вентиляции к шинам питающей сети, а через три нормально-разомкнутых контакта указанного переключателя - к выходным шинам преобразователя частоты (пат. РФ №86061, опубл. 20.08.2009). При этом переключение электродвигателя привода вентилятора на пониженную частоту осуществляется в зависимости от токов нагрузки тяговых электродвигателей локомотива, а при превышении токами нагрузки порогового значения или при нарушении нормального воздухообмена, или при перегреве оборудования выполняется автоматическое переключение асинхронного трехфазного электродвигателя вентилятора на обычное трехфазное напряжение частотой 50 Гц.The closest analogue of the claimed utility model is a device for regulating the rotation speed of AC electric locomotive fan motors, containing a frequency converter connected to two power supply network buses, a control unit, a ventilation mode switch, an asynchronous three-phase electric motor of the fan drive connected through three normally closed contacts of the mode switch ventilation to the power supply buses, and through three normally open contacts of the specified switch - to the output buses of the frequency converter (RF patent No. 86061, published on 08/20/2009). In this case, the fan drive electric motor is switched to a lower frequency depending on the load currents of the locomotive's traction motors, and if the load currents exceed a threshold value or if normal air exchange is disrupted, or if the equipment overheats, the asynchronous three-phase fan motor is automatically switched to a conventional three-phase voltage with a frequency of 50 Hz .

Недостатком данного устройства являются большие масса и габариты, сниженная стабильность работы преобразователя частоты из-за подключения питания только от двух шин питающей сети, вместо питания от трех шин. Кроме того, у аналога присутствуют датчики температуры и датчики контроля воздуха, что предотвращает перегрев охлаждаемого оборудования, но допускает общее повышение температуры охлаждаемого оборудования при переключении мотор-вентиляторов на пониженную частоту вращения, менее 50 Гц, при наличии тока в тяговых электродвигателях, т.е. при наличии мощности тепловых потерь, по сравнению с обычной работой локомотива при наличии трехфазного напряжения питания частотой 50 Гц на мотор-вентиляторах, поскольку переключение мотор-вентиляторов на пониженную частоту снижает интенсивность охлаждения. Общее повышение температуры охлаждаемого оборудования снижает срок службы изоляции охлаждаемого оборудования и повышает количество неплановых ремонтов.The disadvantage of this device is its large weight and dimensions, reduced stability of the frequency converter due to the connection of power from only two buses of the supply network, instead of power from three buses. In addition, the analogue has temperature sensors and air control sensors, which prevents overheating of the cooled equipment, but allows a general increase in the temperature of the cooled equipment when switching the fan motors to a lower rotation speed, less than 50 Hz, in the presence of current in the traction motors, i.e. . in the presence of heat loss power, compared to the normal operation of the locomotive in the presence of a three-phase supply voltage with a frequency of 50 Hz on the fan motors, since switching the fan motors to a lower frequency reduces the cooling intensity. A general increase in the temperature of the cooled equipment reduces the service life of the insulation of the cooled equipment and increases the number of unscheduled repairs.

В предлагаемой полезной модели вышеуказанная проблема ближайшего аналога, а именно общее повышение температуры охлаждаемого оборудования, приводящая к снижению срока службы изоляции охлаждаемого оборудования и повышения количества неплановых ремонтов, решается за счет исключения переключения мотор-вентиляторов на пониженную частоту напряжения при работе локомотива в режимах тяги или рекуперативного торможения, т.е. при наличии тока в тяговых электродвигателях и мощности тепловых потерь. Переключение мотор-вентиляторов на пониженную частоту напряжения осуществляется только при работе локомотива на выбеге, а при работе локомотива в режиме тяги или рекуперативного торможения мотор-вентиляторы работают от обычного напряжения частотой 50 Гц. Таким образом, сохраняется интенсивность охлаждения при наличии тока в тяговых электродвигателях и мощности тепловых потерь, и не допускается превышения температуры охлаждаемого оборудования относительно значения температуры, имеющегося при обычной работе локомотива без предлагаемой полезной модели, поэтому при эксплуатации локомотива с предлагаемой полезной моделью срок службы изоляции охлаждаемого оборудования не уменьшается. Кроме того, в предлагаемой полезной модели повышается стабильность работы преобразователя частоты за счет подключения питания от трех шин питающей сети вместо двух у аналога.In the proposed utility model, the above problem of the closest analogue, namely a general increase in the temperature of the cooled equipment, leading to a decrease in the service life of the insulation of the cooled equipment and an increase in the number of unscheduled repairs, is solved by eliminating the switching of the fan motors to a lower voltage frequency when the locomotive is operating in traction modes or regenerative braking, i.e. in the presence of current in traction motors and heat loss power. Switching of the fan motors to a lower voltage frequency is carried out only when the locomotive is running on freewheel, and when the locomotive is operating in traction or regenerative braking mode, the fan motors operate from a normal voltage with a frequency of 50 Hz. Thus, the cooling intensity is maintained in the presence of current in the traction motors and the power of heat losses, and the temperature of the cooled equipment is not allowed to exceed the temperature value available during normal operation of the locomotive without the proposed utility model, therefore, when operating a locomotive with the proposed utility model, the service life of the cooled equipment insulation equipment is not reduced. In addition, the proposed utility model increases the stability of the frequency converter by connecting power from three power supply buses instead of two of the analogue.

Переключение мотор-вентиляторов на трехфазное напряжение пониженной частоты при работе локомотива на выбеге вызывает уменьшение потребляемой мощности мотор-вентиляторами, пропорциональное кубу изменения частоты вращения ротора, т.е. кубу изменению частоты трехфазного напряжения питания, что защищает локомотив от перерегулирования мощности мотор-вентиляторами, сокращая расход электроэнергии при работе локомотива.Switching the fan motors to a three-phase voltage of reduced frequency when the locomotive is running on the coast causes a decrease in the power consumption of the fan motors, proportional to the cube of the change in rotor speed, i.e. cubed by changing the frequency of the three-phase supply voltage, which protects the locomotive from power overshoot by motor fans, reducing energy consumption during operation of the locomotive.

Таким образом, техническим результатом, на которое направлено создание полезной модели, является обеспечение защиты от перерегулирования мощности мотор-вентиляторов.Thus, the technical result at which the creation of a utility model is aimed is to provide protection against overregulation of the power of fan motors.

Технический результат достигается тем, что устройство регулирования мощности мотор-вентиляторов подвижного состава, содержащее подключенный к шинам питающей сети преобразователь частоты, блок управления и переключатель режимов вентиляции, дополнительно содержит мультиплексор, вход которого соединен с выходом системы управления локомотива, а выход - со входом блока управления, блок переходных реле, подключенный входом к блоку управления, а выходом к системе управления локомотива, при этом преобразователь частоты подключается к трем шинам питающей сети через выключатель, а выход блока управления подключен ко входу выключателя.The technical result is achieved in that the device for regulating the power of rolling stock fan motors, containing a frequency converter connected to the supply network buses, a control unit and a ventilation mode switch, additionally contains a multiplexer, the input of which is connected to the output of the locomotive control system, and the output is connected to the input of the unit control, a block of transition relays connected by the input to the control unit, and by the output to the locomotive control system, while the frequency converter is connected to three buses of the power supply network through a switch, and the output of the control unit is connected to the input of the switch.

На чертеже представлена схема устройства регулирования мощности мотор-вентиляторов подвижного состава (далее Устройство).The drawing shows a diagram of a device for regulating the power of rolling stock fan motors (hereinafter referred to as the Device).

Устройство 10 содержит преобразователь частоты 1, переключатель режимов вентиляции 3, выключатель 4, блок управления 5, блок переходных реле 7 и мультиплексор 8, также на чертеже показаны питающая сеть 2, асинхронный трехфазный электродвигатель привода мотор-вентилятора 6 и система управления локомотива 9.Device 10 contains a frequency converter 1, a ventilation mode switch 3, a switch 4, a control unit 5, a block of transition relays 7 and a multiplexer 8; the drawing also shows a power supply network 2, an asynchronous three-phase electric motor for driving a fan motor 6 and a locomotive control system 9.

Предложенное Устройство работает следующим образом. Преобразователь частоты 1 подключается к трем шинам питающей сети 2 через выключатель 4. Блок управления 5 подает команду на включение выключателя 4, включение преобразователя частоты 1 и включение переключателя режимов вентиляции 3 для переключения асинхронного трехфазного электродвигателя привода мотор-вентилятора 6 между обычным режимом работы с питанием от питающей сети 2, когда замыкаются контакты 3.1, 3.2, 3.3, и режимом работы на пониженной мощности с питанием от преобразователя частоты 1, когда замыкаются контакты 3.4, 3.5, 3.6. При этом допускается только одно из трех положений переключателя режимов вентиляции 3, а именно: или замкнуты контакты 3.1, 3.2, 3.3, или замкнуты контакты 3.4, 3.5, 3.6, или разомкнуты все контакты 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6. Выключатель 4 на входе преобразователя частоты 1 предназначен для обеспечения возможности отключения преобразователя от схемы локомотива при неисправности преобразователя частоты 1, чтобы в таком случае была возможность включения обычной схемы работы мотор-вентиляторов без преобразователя частоты. Преобразователь частоты 1 формирует трехфазное напряжение пониженной частоты, что соответствует работе асинхронного трехфазного электродвигателя привода мотор-вентилятора 6 в режиме пониженной мощности. Также блок управления 5 подает команды на блок переходных реле 7, которые подготавливают систему управления локомотива 9 к переключению асинхронного трехфазного электродвигателя привода мотор-вентилятора 6 между обычным режимом работы и режимом работы на пониженной мощности. Кроме того, блок управления 5 на основе сигнала от мультиплексора 8 осуществляет выбор между обычным режимом работы асинхронного трехфазного электродвигателя привода мотор-вентилятора 6 и режимом работы на пониженной мощности. Мультиплексор 8 получает информацию от системы управления локомотива 9 о режиме работы локомотива: тяга, рекуперативное торможение или выбег, о положении рукоятки контроллера машиниста (на чертеже не показана) и о включении асинхронного трехфазного электродвигателя привода мотор-вентилятора 6, и формирует сигнал для блока управления 5 о выборе режима работы асинхронного трехфазного электродвигателя привода мотор-вентилятора 6, не допуская работу асинхронного трехфазного электродвигателя привода мотор-вентилятора 6 на полной мощности, когда работа на полной мощности не требуется по режиму работы локомотива, и, тем самым, защищая локомотив от перерегулирования мощности асинхронного трехфазного электродвигателя привода мотор-вентилятора 6, сокращая расход электроэнергии при работе локомотива. На основе информации от мультиплексора 8 блок управления 5 формирует команды для выключателя 4, преобразователя частоты 1 и переключателя режимов вентиляции 3 на переключение мотор-вентиляторов на пониженную частоту напряжения только при работе локомотива на выбеге, а при работе локомотива в режиме тяги или рекуперативного торможения мотор-вентиляторы работают от обычного напряжения частотой 50 Гц.The proposed device works as follows. Frequency converter 1 is connected to three buses of the power supply network 2 through switch 4. Control unit 5 sends a command to turn on switch 4, turn on frequency converter 1 and turn on the ventilation mode switch 3 to switch the asynchronous three-phase electric motor of the fan motor drive 6 between the normal operating mode with power from the supply network 2, when contacts 3.1, 3.2, 3.3 are closed, and in low-power operating mode powered by frequency converter 1, when contacts 3.4, 3.5, 3.6 are closed. In this case, only one of three positions of the ventilation mode switch 3 is allowed, namely: either contacts 3.1, 3.2, 3.3 are closed, or contacts 3.4, 3.5, 3.6 are closed, or all contacts 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6 are open. Switch 4 at the input of frequency converter 1 is designed to provide the ability to disconnect the converter from the locomotive circuit in the event of a malfunction of frequency converter 1, so that in this case it is possible to switch on the usual circuit of operation of motor fans without a frequency converter. Frequency converter 1 generates a three-phase voltage of reduced frequency, which corresponds to the operation of the asynchronous three-phase electric motor of the fan motor drive 6 in reduced power mode. Also, the control unit 5 sends commands to the block of transition relays 7, which prepare the control system of the locomotive 9 to switch the asynchronous three-phase electric motor of the motor-fan drive 6 between the normal operating mode and the operating mode at reduced power. In addition, the control unit 5, based on the signal from the multiplexer 8, selects between the normal operating mode of the asynchronous three-phase electric motor driving the fan motor 6 and the operating mode at reduced power. Multiplexer 8 receives information from the control system of the locomotive 9 about the operating mode of the locomotive: traction, regenerative braking or coasting, about the position of the driver's controller handle (not shown in the drawing) and about the activation of the asynchronous three-phase electric motor of the motor-fan drive 6, and generates a signal for the control unit 5 on the selection of the operating mode of the asynchronous three-phase electric motor driving the motor-fan 6, preventing the operation of the asynchronous three-phase electric motor driving the motor-fan 6 at full power, when operation at full power is not required by the operating mode of the locomotive, and, thereby, protecting the locomotive from overshoot power of the asynchronous three-phase electric motor driving the motor-fan 6, reducing energy consumption during operation of the locomotive. Based on information from the multiplexer 8, the control unit 5 generates commands for the switch 4, the frequency converter 1 and the ventilation mode switch 3 to switch the fan motors to a lower voltage frequency only when the locomotive is running on the coast, and when the locomotive is operating in traction or regenerative braking mode, the motor -fans operate from normal voltage with a frequency of 50 Hz.

Claims

A device for regulating the power of rolling stock fan motors, containing a frequency converter, a control unit and a ventilation mode switch containing six contacts, the first three contacts being configured to connect the electric motor of the fan motor drive to the power supply network, and the other three contacts being configured to connect the electric motor drive of the motor-fan to the frequency converter, characterized in that the device additionally contains a multiplexer, the input of which is configured to connect to the output of the locomotive control system, the output of the multiplexer is connected to the input of the control unit, a block of transition relays connected by the input to the control unit, the output of the transition block the relay is configured to be connected to the control system of the locomotive, while the frequency converter is connected to a switch configured to connect to the power supply, and the output of the control unit is connected to the input of the switch.