RU2299512C2 - Electric-train traction induction drive - Google Patents
Electric-train traction induction drive Download PDFInfo
- Publication number
- RU2299512C2 RU2299512C2 RU2004133998/09A RU2004133998A RU2299512C2 RU 2299512 C2 RU2299512 C2 RU 2299512C2 RU 2004133998/09 A RU2004133998/09 A RU 2004133998/09A RU 2004133998 A RU2004133998 A RU 2004133998A RU 2299512 C2 RU2299512 C2 RU 2299512C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thyristor
- thyristors
- series
- reactor
- input
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится асинхронным тяговым приводам на основе инверторов тока и предназначено для использования, например, в электропоездах.The invention relates to asynchronous traction drives based on current inverters and is intended for use, for example, in electric trains.
В известных схемах силовых цепей электроподвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями на основе автономных инверторов напряжения характерно использование быстродействующих тиристоров со временем выключения 50...63 мкс или запираемых тиристоров, быстровосстанавливающихся диодов со временем обратного восстановления до 10 мкс, частотных коммутирующих конденсаторов и коммутирующих реакторов с высокой добротностью для узлов принудительной конденсаторной коммутации. Тиристоры и диоды должны быть рассчитаны на импульсные токи, в 3...4 раза превышающие средние значения. Скорости нарастания напряжения могут достигать 500...1000 В/мкс, а скорость изменения тока - 50...100 А/мкс. Для ограничения скоростей изменения токов и напряжений необходимо применять специальные средства, которые могут в 1,5 раза увеличить повторяющиеся напряжения на полупроводниковых приборах преобразователя.In known circuits of power circuits of electric rolling stock with asynchronous traction motors based on autonomous voltage inverters, the use of high-speed thyristors with a turn-off time of 50 ... 63 μs or lockable thyristors, fast-recovery diodes with a reverse recovery time of up to 10 μs, frequency switching capacitors and switching reactors with high quality factor for forced capacitor switching nodes. Thyristors and diodes must be designed for pulsed currents, 3 ... 4 times higher than average values. The rate of voltage rise can reach 500 ... 1000 V / μs, and the rate of change of current - 50 ... 100 A / μs. To limit the rate of change of currents and voltages, it is necessary to use special tools that can increase the repetitive voltage by 1.5 times on the semiconductor devices of the converter.
Для схем с автономными инверторами напряжения характерно тяжелое протекание аварийных режимов при "опрокидывании" инвертора, так как при этом конденсатор фильтра разряжается на аварийную фазу, а асинхронный двигатель переходит в режим трехфазного короткого замыкания со всеми вытекающими из этого последствиями. Простота схем тягового привода с использованием автономных инверторов напряжения встречает определенные трудности в обеспечении электромагнитной совместимости с системой энергоснабжения, сигнализации, связи и железнодорожной автоматики. Так, масса фильтра (конденсатора и реактора) может в 1.5...2 раза превышать массу непосредственно преобразователя частоты.The circuits with autonomous voltage inverters are characterized by a heavy course of emergency conditions when the inverter is overturned, since in this case the filter capacitor discharges to the emergency phase, and the induction motor goes into the three-phase short circuit mode with all the consequences that follow. The simplicity of traction drive circuits using autonomous voltage inverters meets certain difficulties in ensuring electromagnetic compatibility with the power supply, alarm, communication and railway automation systems. So, the mass of the filter (capacitor and reactor) can be 1.5 ... 2 times greater than the mass of the frequency converter itself.
Известны асинхронные тяговые приводы на основе инверторов тока. В тяговых приводах с инверторами тока упомянутые недостатки устранены.Asynchronous traction drives based on current inverters are known. In traction drives with current inverters, these drawbacks have been eliminated.
В схемах с автономными инверторами тока могут использоваться тиристоры и диоды среднего и малого быстродействия со временем выключения тиристоров 300...500 мкс. Тиристоры и диоды нагружены прямоугольными импульсами тока с амплитудой, не превышающей среднего значения тока промежуточного звена постоянного тока. Скорость изменения прямого напряжения на тиристорах и обратного напряжения на диодах не превышает 10...50 В/мкс, а скорость изменения тока может быть ограничена величиной 30-50 А/мкс. Коммутирующие конденсаторы могут быть среднечастотными со временем полного перезаряда 0,5...1,5 мс. Одним из основных недостатков схем с автономными инверторами тока является наличие больших перенапряжений на его элементах, превышающих в 2...3 раза напряжение на двигателе, что требует применения высоковольтных тиристоров, диодов и конденсаторов. Однако аварийные режимы в схеме с автономными инверторами тока имеют более легкий характер протекания, так как включенный последовательно с инвертором реактор ограничивает скорость нарастания аварийного тока, а асинхронный двигатель не подвергается воздействию ударных токов короткого замыкания.In circuits with autonomous current inverters, thyristors and diodes of medium and low speed can be used with a turn-off time of thyristors of 300 ... 500 μs. Thyristors and diodes are loaded with rectangular current pulses with an amplitude not exceeding the average current value of the intermediate DC link. The rate of change of the forward voltage on the thyristors and the reverse voltage on the diodes does not exceed 10 ... 50 V / μs, and the rate of change of the current can be limited to 30-50 A / μs. Switching capacitors can be mid-frequency with a full recharge time of 0.5 ... 1.5 ms. One of the main drawbacks of circuits with autonomous current inverters is the presence of large overvoltages on its elements, exceeding 2 ... 3 times the voltage on the motor, which requires the use of high-voltage thyristors, diodes and capacitors. However, emergency modes in a circuit with autonomous current inverters have a lighter flow pattern, since a reactor connected in series with the inverter limits the rate of rise of the emergency current, and the induction motor is not exposed to shock short-circuit currents.
Хотя схема автономного инвертора тока является предельно простой, для асинхронного тягового привода необходим дополнительный входной преобразователь, что в целом усложняет преобразовательную установку. Наличие входного преобразователя, хотя и увеличивает установленную мощность электрооборудования, тем не менее, вносит в процесс преобразования энергии ряд положительных моментов: снижается или полностью устраняется влияние изменения напряжения в контактной сети на работу выходного преобразователя (инвертора); снижается мешающее влияние выходного преобразователя на питающую сеть; имеется возможность понизить напряжение на выходных преобразователях, обеспечив наилучшее согласование напряжения в промежуточном звене с предельными параметрами; упрощается решение вопросов защиты тягового привода от аварийных режимов. И, хотя масса и габариты непосредственно преобразователя на основе автономного инвертора тока больше, чем на основе автономного инверторе, напряжения, суммарные массы электрооборудования при равной мощности нагрузки в двух вариантах оказываются практически равными.Although the autonomous current inverter circuit is extremely simple, an asynchronous traction drive requires an additional input converter, which generally complicates the converter installation. The presence of an input converter, although it increases the installed power of electrical equipment, nevertheless, introduces a number of positive aspects into the energy conversion process: the influence of a voltage change in the contact network on the operation of the output converter (inverter) is reduced or eliminated; the interfering effect of the output converter on the supply network is reduced; it is possible to lower the voltage at the output converters, ensuring the best coordination of the voltage in the intermediate link with the limiting parameters; simplifies the solution of the issues of protecting the traction drive from emergency conditions. And, although the mass and dimensions of the directly converter based on an autonomous current inverter are greater than those based on an autonomous inverter, the voltages, the total mass of electrical equipment with equal load power in two versions are almost equal.
Наиболее часто используют автономные инверторы тока для городского электрического транспорта (трамваи, троллейбусы, метро), а также электропоездов городской железной дороги и пригородных электропоездов.Most often they use autonomous current inverters for urban electric transport (trams, trolleybuses, subways), as well as electric trains of the city railway and suburban electric trains.
Известно, что фирма AEG - Telefunken в 1979-80 г.г. переоборудовала двухчастотный электровоз Государственных железных дорог ФРГ серии 182001 для испытаний электрооборудования тягового привода с асинхронными двигателями и преобразователями на основе автономного инвертора тока [1]. В качестве входного преобразователя использован уже опробованный на электроподвижном составе с коллекторными двигателями выпрямитель по двухполупериодной мостовой схеме с полууправляемыми плечами и искусственной коммутацией. Эта схема позволяет без дополнительных затрат на силовые полупроводниковые приборы или коммутирующие цепи переключаться в тормозной режим с резисторным регулятором. Считалось, что рекуперативное торможение при дополнительных затратах на тиристоры и электронику управления дает при работе электровоза малую экономию энергии. Поэтому от режима рекуперативного торможения сознательно отказались. Тяговый трансформатор имеет соответствующие отпайки для возможности работы электровоза от контактной сети переменного напряжения 15 кВ, 16 2/3 Гц и 25 кВ, 50 Гц. Другим достоинством принятой схемы выпрямителя является возможность использования второго моста преобразователя в режиме торможения для возбуждения асинхронного двигателя.It is known that the company AEG - Telefunken in 1979-80 converted a two-frequency electric locomotive of the State Railways of Germany of the 182001 series for testing electrical equipment of a traction drive with asynchronous motors and converters based on an autonomous current inverter [1]. As an input converter, a rectifier according to a half-wave bridge circuit with half-controlled arms and artificial commutation, already tested on electric rolling stock with collector motors, is used. This circuit allows without additional costs for power semiconductor devices or switching circuits to switch to brake mode with a resistor regulator. It was believed that regenerative braking with additional costs for thyristors and control electronics gives the electric locomotive low energy savings. Therefore, the regenerative braking mode was deliberately abandoned. The traction transformer has respective tap for a possible operation of electric contact AC voltage of 15 kV and 16 2/3 Hz and 25 kV, 50 Hz. Another advantage of the adopted rectifier circuit is the ability to use the second converter bridge in braking mode to drive an induction motor.
Для прямого переключения из режима тяги в режим торможения ток в промежуточном звене сохраняют на короткое время с помощью регулятора тока. При таком переключении возможно обеспечить появление тормозном силы за время менее чем 1 с. Тормозной регулятор работает с постоянной частотой 44 Гц. Диапазон регулирования величины тормозного резистора - от 95% до 5% его номинального значения.For direct switching from traction mode to braking mode, the current in the intermediate link is stored for a short time using the current controller. With such a switch, it is possible to provide the appearance of braking force in less than 1 s. The brake regulator operates at a constant frequency of 44 Hz. The range of regulation of the value of the braking resistor is from 95% to 5% of its nominal value.
В автономном инверторе тока использовано последовательное соединение двух среднечастотных тиристоров. В настоящее время возможно уменьшение до одного мощного тиристора.In an autonomous current inverter, a serial connection of two mid-frequency thyristors is used. Currently, it is possible to reduce to one powerful thyristor.
Преобразовательная установка на основе автономного инвертора тока из-за своей простоты конструкции и малой стоимости дает хорошие предпосылки для возможно более экономичного внедрения асинхронных тяговых двигателей на электроподвижном составе.A conversion plant based on an autonomous current inverter, due to its simplicity of design and low cost, provides good prerequisites for the most economical implementation of asynchronous traction motors on an electrically rolling stock.
Известен электровоз "Шкода" третьего поколения - заводской прототип 85ЕО с асинхронными тяговыми двигателями [2]. Питание осуществляется от контактной сети постоянного напряжения 3 кВ. Компоновка преобразователей определяется при мощности тягового двигателя 800-900 кВт оптимальным выбором параметров силовой части привода при использовании минимального количества полупроводников. Принята схема, в которой два асинхронных двигателя одной тележки питаются от одного инвертора. Схемы питания двигателей обеих тележек выполнены одинаковыми. Общим является входной фильтр. Кроме входных импульсных прерывателей, автономных инверторов тока и асинхронных тяговых двигателей, в схему включены сглаживающие реакторы в промежуточных звеньях, коммутирующие конденсаторы преобразователей, а также входной фильтр с тиристорной защитой короткого замыкания и соответствующие контакторы. Такая схема обеспечивает также работу привода в тормозном режиме при реостатном торможении, а в случае необходимости может быть введено и рекуперативное торможение.Known electric locomotive "Skoda" of the third generation - the factory prototype 85EO with asynchronous traction motors [2]. Power is supplied from a contact network of a constant voltage of 3 kV. The layout of the converters is determined when the power of the traction motor is 800-900 kW, the optimal choice of parameters of the power part of the drive using a minimum number of semiconductors. A circuit has been adopted in which two asynchronous motors of one truck are powered by one inverter. The power schemes of the engines of both carts are made the same. Common is the input filter. In addition to input pulse choppers, autonomous current inverters and asynchronous traction motors, the circuit includes smoothing reactors in the intermediate links, switching capacitors of the converters, as well as an input filter with thyristor short-circuit protection and corresponding contactors. Such a scheme also ensures the operation of the drive in braking mode with rheostatic braking, and if necessary, regenerative braking can be introduced.
Для электровоза "Шкода" предполагается применение асинхронных тяговых двигателей в двух вариантах исполнения. В первом варианте используется тихоходный двигатель с непосредственным приводом оси колесной пары без редуктора и мощностью длительного режима 650...700 кВт. Во втором варианте применяется быстроходный асинхронный двигатель с одноступенчатым редуктором и мощностью 800...900 кВт.For the Skoda electric locomotive, it is proposed to use asynchronous traction motors in two versions. The first option uses a low-speed engine with a direct drive of the axle of a pair of wheels without a gearbox and a long-term power of 650 ... 700 kW. In the second embodiment, a high-speed asynchronous motor with a single-stage gearbox and a power of 800 ... 900 kW is used.
Полупроводниковые преобразователи охлаждаются маслом. Конструктивно преобразователи состоят из двух блоков с самостоятельной системой охлаждения. В импульсных прерывателях применяются быстродействующие главные и коммутирующие тиристоры по 5 последовательно. В инверторах включены последовательно 5 тиристоров и 4 диода. В общей сложности в преобразователе одной секции электровоза установлено 50 тиристоров и 32 диода, в локомотиве в целом - 100 тиристоров и 64 диода.Semiconductor converters are oil cooled. Structurally, the converters consist of two units with an independent cooling system. In pulse choppers, high-speed main and switching thyristors are used in series of 5 in series. In inverters, 5 thyristors and 4 diodes are connected in series. In total, 50 thyristors and 32 diodes are installed in the converter of one section of the electric locomotive, 100 thyristors and 64 diodes in the locomotive as a whole.
В схему преобразователей входят также соответствующие элементы (дроссели, конденсаторы) и цепи защиты полупроводниковых приборов с принудительным воздушным охлаждением. Широтно-импульсное регулирование входных преобразователей производится с частотой 100 и 300 Гц. Выходная частота тока инверторов изменяется в диапазоне 0,5...75 Гц (или 0,5...120 Гц) при максимальной скорости электровоза 120 км/ч.The converter circuit also includes the corresponding elements (chokes, capacitors) and protection circuits of semiconductor devices with forced air cooling. Pulse-width regulation of input converters is performed with a frequency of 100 and 300 Hz. The output frequency of the current inverters varies in the range of 0.5 ... 75 Hz (or 0.5 ... 120 Hz) at a maximum speed of an electric locomotive of 120 km / h.
Известны электропоезда фирмы Ganz с асинхронными двигателями, питаемыми от инверторов тока [2]. В 1989 г. в Венгрии были введены в эксплуатацию 10 четырехвагонных электропоездов с одним моторным вагоном, рассчитанных на питание от контактной сети переменного напряжения 25 кВ, 50 Гц. Использован групповой привод двух осей тележки одним асинхронным двигателем. Мощность тяговых двигателей (двух) моторного нагона составляет 1444 кВт. Максимальная скорость электропоезда равна 120 км/ч. Пятиплечий двухзонный управляемый выпрямитель, выполненный с воздушным охлаждением, обеспечивает в промежуточном звене номинальное напряжение 772 В и номинальный ток 1250 А. Масса выпрямителя - 920 кг, а автономного инвертора тока - 950 кг. При пуске поезда для снижения пульсации момента асинхронного тягового двигателя применяется специальный метод регулирования преобразователя "интертакт" при изменении частоты тока статора от 0,5 до 6 Гц. С помощью модуляции выходного тока выпрямителя по заданному закону внутри тактов работы инвертора достигается уменьшение пульсации электромагнитного момента тягового двигателя.Known electric company Ganz with asynchronous motors powered by current inverters [2]. In 1989, 10 four-car electric trains with one motor car were put into operation in Hungary, designed to be powered by an alternating voltage contact network of 25 kV, 50 Hz. The group drive of two axles of the trolley with one asynchronous motor is used. The power of the traction engines of the (two) motor surge is 1444 kW. The maximum speed of the electric train is 120 km / h. The five-arm dual-zone controlled rectifier, made with air cooling, provides an intermediate voltage of 772 V and a nominal current of 1250 A. The mass of the rectifier is 920 kg, and the stand-alone current inverter is 950 kg. When starting the train, to reduce the ripple of the torque of the asynchronous traction motor, a special method of regulating the "intertact" converter is used when the stator current frequency changes from 0.5 to 6 Hz. By modulating the output current of the rectifier according to a given law, the pulsation of the electromagnetic moment of the traction motor is achieved inside the clock cycles of the inverter.
Известен электропоезд серии Z20500 (Франция) [3] с асинхронными тяговыми двигателями, рассчитанными на питание от контактной сети переменного напряжения 25 кВ, 50 Гц и постоянного напряжения 1,5 кВ. Преобразование параметров электрической энергии выполняется по традиционной двухступенчатой схеме: импульсный прерыватель - автономный инвертор тока.Known electric train series Z20500 (France) [3] with asynchronous traction motors, powered by a contact network of alternating voltage 25 kV, 50 Hz and a constant voltage of 1.5 kV. The conversion of electric energy parameters is carried out according to the traditional two-stage scheme: a pulse chopper - an autonomous current inverter.
В случае питания от контактной сети переменного тока роль источника постоянного напряжения выполняет выпрямитель, обеспечивающий на входе импульсного прерывателя постоянное напряжение 1,5 кВ. Выпрямитель выполнен в виде двух встречно-параллельно включенных однофазных "мостов" для обеспечения тягового и рекуперативного режимов работы и подключен ко вторичной обмотке трансформатора мощностью 1700 кВА. Масса трансформатора - 2410 кг. Особенностями схемы являются:In the case of power from a contact AC network, the role of a constant voltage source is played by a rectifier, which provides a 1.5 kV constant voltage at the input of a pulse chopper. The rectifier is made in the form of two counter-parallel connected single-phase "bridges" to provide traction and regenerative modes of operation and is connected to the secondary winding of a transformer with a capacity of 1700 kVA. The mass of the transformer is 2410 kg. Features of the scheme are:
- последовательное соединение инверторов тока с целью снижения напряжения на коммутирующих конденсаторах;- series connection of current inverters in order to reduce the voltage on the switching capacitors;
- введение в схему импульсного прерывателя "нониусного" тиристора, обеспечивающего "амплитудное" регулирование напряжения на выходе прерывателя и расширяющего диапазон регулирования напряжения;- introduction to the circuit of the pulse chopper of the vernier thyristor, providing "amplitude" voltage regulation at the output of the chopper and expanding the range of voltage regulation;
- использование тормозного тиристора, позволяющего осуществлять бесконтакторный переход из режима тяги в режим торможения.- the use of a brake thyristor, which allows for a contactless transition from traction mode to braking mode.
Применение "нониусного" тиристора позволило поднять частоту работы импульсного прерывателя до 600 Гц без ухудшения регулировочных свойств преобразователя.The use of a vernier thyristor made it possible to raise the frequency of operation of a pulse chopper to 600 Hz without affecting the regulating properties of the converter.
На моторном вагоне электропоезда установлено 4 тяговых двигателя мощностью 375 кВт каждый при частоте вращения 1460 об/мин. Максимальная частота вращения - 3355 об/мин. Масса двигателя 1380 кг, что на 460 кг меньше, чем аналогичного двигателя постоянного тока.On the motor car of the electric train, 4 traction engines with a capacity of 375 kW each at a speed of 1460 rpm are installed. The maximum speed is 3355 rpm. The mass of the engine is 1380 kg, which is 460 kg less than a similar DC motor.
Двигатели каждой тележки соединены последовательно через инверторы и подключены через реакторы 5 мГн к импульсному прерывателю. Питание двигателей второй тележки осуществляется аналогично. Входной индуктивно-емкостной фильтр установлен один на вагон и используется при работе от контактной сети постоянного 1,5 кВ и переменного 25 кВ напряжения. Индуктивность входного реактора 9,5 мГн. Для снижения пульсации момента при низких скоростях используется широтно-импульсная модуляция тока с переменной кратностью от 36 при V=0 км/ч до 12 при V=12,5 км/ч. Конструктивно все оборудование выполнено в виде ряда блоков по функциональному признаку.The motors of each trolley are connected in series through inverters and connected through 5 mH reactors to a pulse chopper. The power of the engines of the second truck is carried out similarly. An inductive capacitive filter is installed one on a car and is used when working from a contact network of a constant 1.5 kV and an alternating 25 kV voltage. The inductance of the input reactor is 9.5 mH. To reduce the pulsation of the moment at low speeds, pulse-width modulation of the current with variable multiplicity from 36 at V = 0 km / h to 12 at V = 12.5 km / h is used. Structurally, all equipment is made in the form of a series of blocks according to a functional attribute.
Известна схема силовых цепей электропоезда Венского метро [3], в которой импульсный прерыватель выполнен полностью на запираемых тиристорах. Кроме того, ключ регулятора тормозного резистора также выполнен на запираемом тиристоре. Импульсный прерыватель рассчитан на максимальный ток 1120 А и длительный 720 А. Частота коммутаций прерывателя составляет 250 Гц. Автономный инвертор тока имеет на выходе максимальное напряжение 700 В и ток 875 А при изменении частоты тока статора в диапазоне 0,2...200 Гц. Максимальная мощность четырех асинхронных тяговых двигателей, подключенных к одному инвертору, составляет 570 кВт. Типовая мощность инвертора равна 760 кВА.A known circuit of the power circuits of the Vienna underground train [3], in which the pulse chopper is made entirely on lockable thyristors. In addition, the brake resistor control key is also made on a lockable thyristor. The pulse chopper is designed for a maximum current of 1120 A and a continuous 720 A. The switching frequency of the chopper is 250 Hz. An autonomous current inverter has a maximum voltage of 700 V and a current of 875 A at the output when the frequency of the stator current changes in the range 0.2 ... 200 Hz. The maximum power of four asynchronous traction motors connected to one inverter is 570 kW. Typical inverter power is 760 kVA.
Среди отечественных разработок подвижного состава однофазного напряжения промышленной частоты с АТД следует отметить электропоезд ЭН3, выпущенный Новочеркасским электровозостроительным заводом [4].Among domestic developments of rolling stock of a single-phase voltage of industrial frequency with an ATD, it is worth noting the electric train EN3, produced by the Novocherkassk Electric Locomotive Plant [4].
В силовой схеме моторного вагона электропоезда ЭН3 тяговый электропривод включает в себя две силовые преобразовательные установки, питающие тяговые двигатели каждой тележки. Преобразовательная установка одной тележки состоит из выпрямительно-инверторного преобразователя ВИП1 (ВИП2) и инвертора тока с отсекающими диодами АИТ1 (АИТ2). Входные и выходные преобразователи силовой схемы выполнены на базе отечественных тиристоров и диодов и содержат узлы принудительной коммутации. Каждая преобразовательная установка имеет свою собственную функционально независимую систему автоматического регулирования. Защита электрооборудования от токов короткого замыкания и отключение при неисправностях осуществляется главным выключателем QF1. Для снижения уровня радиопомех, создаваемых при работе электрооборудования, во входную цепь включены дроссель L1 и фильтр Z1. Преобразовательная установка одной тележки питается от собственной вторичной обмотки тягового трансформатора Т1 через разъединители QS1, QS2. В цепь между выпрямителем и инвертором включены сглаживающие реакторы L2, L3 и быстродействующие выключатели QF2, QF3. Схема электропривода обеспечивает разгон электропоезда с переходом из одной зоны регулирования ВИП в другую при плавном изменении силы тяги и рекуперативного торможения.In the power circuit of the motor car of the EN3 electric train, the traction electric drive includes two power converting units supplying the traction motors of each truck. The conversion unit of one truck consists of a rectifier-inverter converter VIP1 (VIP2) and a current inverter with cut-off diodes AIT1 (AIT2). The input and output converters of the power circuit are made on the basis of domestic thyristors and diodes and contain forced switching nodes. Each converter unit has its own functionally independent automatic control system. Protection of electrical equipment against short-circuit currents and shutdown in case of faults is carried out by the main switch QF1. To reduce the level of radio noise created during operation of electrical equipment, an inductor L 1 and a filter Z1 are included in the input circuit. The conversion unit of one truck is powered by its own secondary winding of the traction transformer T1 through disconnectors QS1, QS2. The circuit between the rectifier and the inverter includes smoothing reactors L 2 , L 3 and high-speed switches QF2, QF3. The electric drive circuit provides acceleration of the electric train with a transition from one zone of VIP regulation to another with a smooth change in traction and regenerative braking.
Последняя разработка может служить в качестве прототипа предлагаемому устройству.The latest development can serve as a prototype of the proposed device.
Задачей, решаемой предлагаемой схемой асинхронного тягового привода, является улучшение характеристик устройства.The problem solved by the proposed scheme of the asynchronous traction drive is to improve the characteristics of the device.
Для решения поставленной задачи асинхронный тяговый привод электропоезда, содержащий асинхронные тяговые электродвигатели, снабжен системой питания с инверторами тока.To solve this problem, an asynchronous traction drive of an electric train containing asynchronous traction electric motors is equipped with a power system with current inverters.
На фиг.1 изображена схема асинхронного тягового привода, на фиг.2 представлен алгоритм тиристорного прерывателя (ТП1) в режиме фазоимпульсной модуляции, а на фиг.3 - результаты математического моделирования ТП1 в режиме фазоимпульсной модуляции. На фиг.4 представлен алгоритм ТП1 в режиме широтно-импульсного регулирования, а на фиг.5 - результаты математического моделирования ТП1 в режиме широтно-импульсного регулирования.Figure 1 shows a diagram of an asynchronous traction drive, figure 2 shows the algorithm of the thyristor chopper (TP1) in the phase-pulse modulation mode, and figure 3 - the results of mathematical modeling of TP1 in the phase-pulse modulation mode. Figure 4 presents the TP1 algorithm in pulse-width regulation mode, and figure 5 shows the results of mathematical modeling of TP1 in pulse-width regulation mode.
Упомянутая система питания состоит из входного однозвенного фильтра, состоящего из реактора Lф 1, подключенного к контактной сети через быстродействующий выключатель БВ 2 и пневматический контактор ПК-1 3 (с параллельным резистором R3), и двух последовательно соединенных конденсаторов Сф1 4 и Сф2 5, параллельно каждому из которых подключен тиристорный ограничитель напряжения ТОН1 6 и ТОН2 7, последовательно каждому из которых подключен тормозной резистор Rt1 8 и Rt2 9 соответственно, положительная обкладка конденсатора Сф1 4 соединена со входом тиристорного прерывателя ТП1 10, а отрицательная обкладка конденсатора Сф2 5 - с выходом тиристорного прерывателя ТП2 11, причем выход тиристорного прерывателя ТП1 10 и вход тиристорного прерывателя ТП2 11 подключены через соответствующие обратные диоды VD15 12 и VD25 13 к средней точке конденсаторной батареи Сф1-Сф2, к выходу тиристорного прерывателя ТП1 10 через сглаживающий реактор Lc1 14 подключен вход автономного инвертора тока АИТ1 15, последовательно с которым через пневматический, контактор ПК-2 16 включен автономный инвертор тока АИТ2 17, выход которого через сглаживающий реактор Lc2 18 соединен со входом тиристорного прерывателя ТП2 11, выход автономного инвертора АИТ1 15 соединен с положительной обкладкой конденсатора Сф1 4 посредством диода VD12 19, а вход автономного инвертора тока АИТ2 17 через диод VD22 20 соединен с отрицательной обкладкой конденсатора Сф2 5. При этом каждый тиристорный ограничитель напряжения ТОН1 6 и ТОН2 7 выполнен в виде главного тиристора VS12 119 (VS22) 120, последовательно соединенного с реактором L12 21 (L22) 22, параллельно которым подключена цепь из последовательно соединенных конденсатора Ck11 23 (Ck21) 24, тиристора VS11 25 (VS21) 26 и реактора L11 27 (L21) 28, параллельно тиристору VS11 25 (VS21) 26 подключена цепь из последовательно соединенных диода VD11 29 (VD21) 30 и реактора L10 31 (L20) 32, причем анод тиристора VS11 25 (VS21) 26 соединен с катодом диода VD11 29 (VD21) 30.The mentioned power supply system consists of an input single-stage filter consisting of a reactor Lf 1 connected to the contact network via a quick switch BV 2 and a pneumatic contactor PK-1 3 (with a parallel resistor R3), and two series-connected capacitors Sf1 4 and Sf2 5, in parallel each of which is connected to a thyristor voltage limiter TON1 6 and TON2 7, in series to each of which a braking resistor Rt1 8 and Rt2 9 is connected respectively, the positive lining of the capacitor Сф1 4 is connected to the input of the shooting gallery the side breaker TP1 10, and the negative lining of the capacitor Sph2 5 - with the output of the thyristor chopper TP2 11, and the output of the thyristor chopper TP1 10 and the input of the thyristor chopper TP2 11 connected through the corresponding return diodes VD15 12 and VD25 13 to the midpoint of the capacitor bank Sf1-Sf2, the output of the thyristor chopper TP1 10 through the smoothing reactor Lc1 14 is connected to the input of the autonomous current inverter AIT1 15, in series with which through the pneumatic contactor PK-2 16 the autonomous current inverter AIT2 17 is connected, the output of which is Through a smoothing reactor Lc2 18 is connected to the input of the thyristor chopper TP2 11, the output of the autonomous inverter AIT1 15 is connected to the positive side of the capacitor Cf1 4 through the diode VD12 19, and the input of the autonomous current inverter AIT2 17 through the diode VD22 20 is connected to the negative side of the capacitor Cf2 5. When In this case, each thyristor voltage limiter TON1 6 and TON2 7 is made in the form of a main thyristor VS12 119 (VS22) 120, connected in series with a reactor L12 21 (L22) 22, in parallel with which a circuit is connected from series-connected capacitors Atom Ck11 23 (Ck21) 24, thyristor VS11 25 (VS21) 26 and reactor L11 27 (L21) 28, parallel to the thyristor VS11 25 (VS21) 26 is connected a chain of series-connected diode VD11 29 (VD21) 30 and reactor L10 31 (L20 ) 32, and the anode of the thyristor VS11 25 (VS21) 26 is connected to the cathode of the diode VD11 29 (VD21) 30.
Тиристорные прерыватели ТП1 10 и ТП2 11, каждый из которых выполнен в виде двух параллельно включенных цепей: одна из которых включает в себя тиристор VS13 33 (VS23) 34, реактор L14 35 (L24) 36, тиристор VS17 37 (VS27) 38, а другая - тиристор VS14 39 (VS24) 40, реактор L15 41 (L25) 42 и тиристор VS15 43 (VS25) 44, параллельно тиристорам VS13 33 (VS23) 34, VS14 39 (VS24) 40 подключены диоды VD13 45 (VD23) 46 и VD14 47 (VD24) 48 соответственно, причем анод тиристора VS13 33 (VS23) 34 соединен с катодом диода VD13 45 (VD23) 46 и анод тиристора VS14 39 (VS24) 40 соединен с катодом диода VD14 47 (VD24) 48, к катодам тиристоров VS13 33 (VS23) 34 и VS14 39 (VS24) 40 подключена коммутирующая цепь, состоящая из последовательно включенных конденсатора Ск12 49 (Ск22) 50 и реактора L13 51 (L23) 52, к анодам тиристоров VS17 37 и VS15 43 подключена цепь из двух последовательно подключенных тиристоров VS18.1 53 и VS18.2 54, аноды которых соединены между собой, а катоды подключены к анодам тиристоров VS17 37 и VS15 43 соответственно, причем к анодам тиристоров VS17 37 и VS15 43 подключены катоды тиристоров VS18.1 53 и VS18.2 54, к катодам тиристоров VS27 38 и VS25 46 подключена цепь из двух последовательно подключенных тиристоров VS28.1 55 и VS28.2 56, катоды которых соединены между собой, аноды подключены к катодам тиристоров VS27 38 и VS25 44 соответственно, аноды тиристоров VS18.1 53 и VS18.2 54 через реактор L16 57 подключен к средней точке конденсаторов фильтра Сф1 4, Сф2 2, к которой через реактор L26 58 подключены катоды тиристоров VS28.1 55 и VS28.2 56, а к катодам тиристоров VS27 38 и VS25 44 подключены аноды тиристоров VS28.1 55 и VS28.2 56, аноды тиристоров VS18.1 53 и VS18.2 54 (катоды тиристоров VS28.1 55 и VS28.2 56) соединены между собой.Thyristor breakers TP1 10 and TP2 11, each of which is made in the form of two parallel-connected circuits: one of which includes thyristor VS13 33 (VS23) 34, reactor L14 35 (L24) 36, thyristor VS17 37 (VS27) 38, and the other is thyristor VS14 39 (VS24) 40, reactor L15 41 (L25) 42 and thyristor VS15 43 (VS25) 44, parallel to thyristors VS13 33 (VS23) 34, VS14 39 (VS24) 40 connected diodes VD13 45 (VD23) 46 and VD14 47 (VD24) 48, respectively, with the anode of the thyristor VS13 33 (VS23) 34 connected to the cathode of the diode VD13 45 (VD23) 46 and the anode of the thyristor VS14 39 (VS24) 40 connected to the cathode of the diode VD14 47 (VD24) 48, to the cathodes of the thyristors VS13 33 (VS23) 34 and VS14 39 (VS24) 40 connected a switching circuit consisting of a series-connected capacitor CK12 49 (CK22) 50 and a reactor L13 51 (L23) 52, a circuit from two series-connected thyristors VS18.1 53 and VS18.2 54, the anodes of which are connected to the anodes of thyristors VS17 37 and VS15 43 are interconnected, and the cathodes are connected to the anodes of the thyristors VS17 37 and VS15 43, respectively, and the anodes of the thyristors VS17 37 and VS15 43 are connected to the cathodes of the thyristors VS18.1 53 and VS18.2 54, the circuit of thyristors VS27 38 and VS25 46 two serially connected thyristors VS28.1 55 and VS28.2 56, the cathodes of which are connected between the battle, the anodes are connected to the cathodes of the thyristors VS27 38 and VS25 44, respectively, the anodes of the thyristors VS18.1 53 and VS18.2 54 through the reactor L16 57 are connected to the midpoint of the filter capacitors Cf1 4, Cf2 2, to which the cathodes of the thyristors are connected through the reactor L26 58 VS28.1 55 and VS28.2 56, and the anodes of thyristors VS28.1 55 and VS28.2 56, the anodes of thyristors VS18.1 53 and VS18.2 54 (cathodes of thyristors VS28.1 55 are connected to the cathodes of thyristors VS27 38 and VS25 44 and VS28.2 56) are interconnected.
Кроме того, автономный инвертор тока АИТ1 15 выполнен в виде трех цепей последовательно соединенных реакторов L31 59, L33 60, L35 61, тиристоров VS31 62, VS33 63, VS35 64 и диодов VD31 65, VD33 66, VD35 67, соединенные с фазами асинхронных двигателей ДТА3 68 и ДТА4 69, а между собой фильтрами Си 11 70, Си 12 71, Си 13 72, упомянутые цепи продолжены и снабжены последовательно соединенными диодами VD34 73, VD36 74, VD32 75, тиристорами VS34 76, VS36 77, VS32 78 и реакторами L34 79, L36 80, L32 81 и соединены между собой фильтрами Си 14 82, Си 16 83, Си 15 84, и все вместе - с выходом АИТ1 15, который через пневматический контактор ПК-2 16, параллельно которому установлена цепь резистор Rt3 85 - тиристоры VS71 87, VS72 86 - резистор Rt4 88, соединен со входом автономного инвертора тока АИТ2 17, который выполнен аналогично в виде трех цепей последовательно соединенных реакторов L41 89, L43 90, L45 91, тиристоров VS41 92, VS43 93, VS45 94 и диодов VD41 95, VD43 96, VS45 97, соединенных между собой фильтрами Си21 98, Си23 99, Си22 100 и с фазами других асинхронных двигателей ДТА1 101 и ДТА2 102, далее цепи продолжены и снабжены последовательно соединенными диодами VD44 103, VD46 104, VD42 105, и тиристорами VS44 106, VS46 107, VS42 108, и реакторами L44 109, L46 110, L42 111, и соединены между собой фильтрами Си24 112, Си26 113 и Си25 114, а все вместе - с выходом АИТ2 17.In addition, the autonomous current inverter AIT1 15 is made in the form of three circuits of series-connected reactors L31 59, L33 60, L35 61, thyristors VS31 62, VS33 63, VS35 64 and diodes VD31 65, VD33 66, VD35 67, connected to the phases of induction motors DTA3 68 and DTA4 69, and with each other with Cu 11 70, Cu 12 71, Cu 13 72 filters, these circuits are extended and equipped with diodes VD34 73, VD36 74, VD32 75, thyristors VS34 76, VS36 77, VS32 78 and reactors in series L34 79, L36 80, L32 81 and are interconnected by filters Cu 14 82, Cu 16 83, Cu 15 84, and all together with the output AIT1 15, which through the pneumatic contactor P -2 16, parallel to which the circuit is installed resistor Rt3 85 - thyristors VS71 87, VS72 86 - resistor Rt4 88, is connected to the input of a stand-alone current inverter AIT2 17, which is made similarly in the form of three chains of series-connected reactors L41 89, L43 90, L45 91 thyristors VS41 92, VS43 93, VS45 94 and diodes VD41 95, VD43 96, VS45 97, interconnected by filters Сi21 98, Сi23 99, Сi22 100 and with phases of other asynchronous motors DTA1 101 and DTA2 102, then the circuits are continued and equipped diodes VD44 103, VD46 104, VD42 105 connected in series, and thyristors VS44 106, VS46 107, VS42 108, and reactors L44 109, L46 110, L42 111, and are interconnected by CI24 112, CI26 113 and CI25 114 filters, and all together with the output of AIT2 17.
Существенным достоинством заявленной схемы по сравнению с аналогичными разработками являются значительно меньшая стоимость благодаря максимальному использованию серийных компонентов, а также возможность формирования состава из вагонов с асинхронным приводом и серийных вагонов.A significant advantage of the claimed scheme compared to similar developments is significantly lower cost due to the maximum use of serial components, as well as the ability to form a train of wagons with asynchronous drive and serial wagons.
Электрическая схема и позволяют реализовать следующие режимы работы:The electrical circuit and allow you to implement the following modes of operation:
- плавный пуск электропоезда посредством регулирования частоты и напряжения асинхронных тяговых двигателей (АТД);- smooth start-up of an electric train by adjusting the frequency and voltage of asynchronous traction motors (ATD);
- изменение интенсивности разгона электропоезда;- change in the intensity of acceleration of the electric train;
- изменение направления движения;- change of direction;
- реостатное торможение в случае отсутствия потребителя в контактной сети или рекуперативно-реостатное торможение при наличии приема электроэнергии контактной сетью до скорости 15 км/ч;- rheostatic braking in the absence of a consumer in the contact network or regenerative-rheostatic braking in the presence of electricity reception by the contact network up to a speed of 15 km / h;
- замещение электрического тормоза электропневматическим тормозом в случае неисправности;- replacement of the electric brake with an electro-pneumatic brake in the event of a malfunction;
- автоматическое дотормаживание электропоезда электропневматическим тормозом от скорости 15 км/ч до полной остановки;- automatic braking of the electric train by the electro-pneumatic brake from a speed of 15 km / h to a complete stop;
- совместное электрическое торможение моторными вагонами с электропневматическим торможением прицепными вагонами;- joint electric braking by motor cars with electro-pneumatic braking by trailed cars;
- поддержание постоянного момента АТД в диапазоне скоростей от 0 до 60 км/ч и поддержание постоянной мощности в диапазоне скоростей выше 60 км/ч.- maintaining a constant ADT moment in the speed range from 0 to 60 km / h and maintaining constant power in the speed range above 60 km / h.
Устройство работает следующим образомThe device operates as follows
Высокое напряжение питающей сети постоянного тока через пантограф подается на линию высокого напряжения на крыше вагона. Через быстродействующий выключатель БВ 2, защищающий силовую схему от токовых перегрузок, питающее напряжение поступает на входной LC-фильтр. Конденсатор входного фильтра состоит из двух последовательно соединенных групп Сф1 4 и Сф2 5. Напряжение на каждой группе конденсаторов составляет половину напряжения сети.The high voltage of the DC supply network through the pantograph is supplied to the high voltage line on the roof of the car. Through a
Силовой контактор ПК-1 3 обеспечивает оперативное отключение нагрузки. Контактор размыкается с выдержкой времени после запирания всех тиристорных преобразователей. Контактор шунтирован резистором Rз, который служит для обеспечения нерезонансного заряда конденсаторов фильтра при включении быстродействующего выключателя.The power contactor PK-1 3 provides operational load shedding. The contactor opens with a delay after locking all thyristor converters. The contactor is shunted by a resistor Rz, which serves to provide a non-resonant charge of the filter capacitors when the high-speed switch is turned on.
Контактор ПК-2 16 в режиме тяги работает синхронно с контактором ПК-1 3, а в режиме электродинамического торможения остается разомкнутым.The contactor PK-2 16 in traction mode works synchronously with the contactor PK-1 3, and in the electrodynamic braking mode remains open.
Режим тягиTraction mode
R3R3
После включения БВ 2 начинается предварительный заряд конденсаторов входного фильтра по цепи: токоприемник - БВ 2 - зарядный резистор Rз -реактор входного фильтра Lф 1 - датчик входного тока - Сф1 4 - Сф2 5 - рельс. При увеличении напряжения на конденсаторах входного фильтра до значения 1900 В начинают работать цепи подготовительного заряда конденсаторов АИТ, которые обеспечивают постоянный подзаряд конденсаторов АИТ для обеспечения первой коммутации тиристоров. При включении контроллера машиниста в одно из ходовых положений замыкаются поездные контакторы ПК-1 3 и ПК-2 16. После этого начинается предварительный заряд коммутирующих конденсаторов. Для этого подаются управляющие импульсы на тиристоры VS13 33, VS15 43, VS31 62, VS34 76, VS41 92, VS44 106, VS27 38, VS24 40. Коммутирующие конденсаторы Ск12 49 ТП1 10 и Ск22 50 ТП2 11 заряжаются до напряжения Uc/2.After turning on the
По окончании выдержки времени, необходимой для подготовительного заряда конденсаторов, ТП начинают работать в режиме фазоимпульсной модуляции. Работу ТП в этом режиме иллюстрируют фиг.2, 3. При повышении тока реакторов Lc1 14 и Lc2 18 определенного уровня ТП автоматически переходит в режим широтно-импульсного регулирования. Импульсы управления и осциллограммы режима широтно-импульсного регулирования приведены на фиг.4, 5.At the end of the time required for the preparatory charge of the capacitors, the TPs begin to work in the phase-pulse modulation mode. The operation of the TP in this mode is illustrated by FIGS. 2, 3. With an increase in the current of the reactors Lc1 14 and Lc2 18 of a certain level, the TP automatically switches to pulse-width regulation mode. The control pulses and oscillograms of the pulse-width regulation mode are shown in FIGS. 4, 5.
На тиристоры АИТ VS31 62, VS34 76, VS41 92, VS44 106 продолжают подаваться управляющие импульсы. Этот режим длится 20 мс, в течение которых устанавливается ток в сглаживающих реакторах Lc1 и Lc2. Тяговые двигатели не работают, т.к. их обмотки зашунтированы открытыми плечами инверторов VS31 62, VS34 76 и VS41 92, VS44 106.Control pulses continue to be applied to the thyristors AIT VS31 62, VS34 76, VS41 92, VS44 106. This mode lasts 20 ms, during which the current in the smoothing reactors Lc1 and Lc2 is established. Traction motors do not work, as their windings are shunted by the open shoulders of the inverters VS31 62, VS34 76 and VS41 92, VS44 106.
Для включения в работу тяговых двигателей необходимо включить тиристоры VS32 78 и VS42 108 при движении вперед, VS36 77 и VS46 107 - при движении назад. При движении вперед в АИТ1 15 после открытия VS32 78 тиристор VS34 76 запирается, а VS31 62 остается включенным; начинается работа АИТ по алгоритму, приведенному в таблице.To turn on the traction motors, it is necessary to turn on the thyristors VS32 78 and VS42 108 when moving forward, VS36 77 and VS46 107 - when moving backward. When moving forward in AIT1 15 after opening VS32 78, the thyristor VS34 76 is locked, and the VS31 62 remains on; AIT begins work according to the algorithm shown in the table.
В режиме тяги контакторы ПК-1 3 и ПК-2 16 замкнуты, асинхронные тяговые двигатели (АТД) каждой тележки моторного вагона питаются от своего автономного инвертора тока (АИТ1 15 и АИТ2 17). При этом силовой ток моторного вагона протекает по следующей цепи: токоприемник - БВ-2 - ПК-1 3 - реактор фильтра Lф 1 - ТП1 10 - реактор инвертора Lc1 14 - АИТ1 15 - ПК-2 16 - АИТ2 17 - реактор инвертора Lc2 18 - ТП2 11 - заземляющее устройство (ЗУ) 118 - рельс.In traction mode, the contactors PK-1 3 and PK-2 16 are closed, asynchronous traction motors (ATD) of each truck of a motor car are powered by their own autonomous current inverter (AIT1 15 and AIT2 17). In this case, the power current of the motor car flows through the following circuit: current collector - BV-2 - PK-1 3 - filter reactor Lph 1 - TP1 10 - inverter reactor Lc1 14 - AIT1 15 - PK-2 16 - AIT2 17 - inverter reactor Lc2 18 - TP2 11 - grounding device (charger) 118 - rail.
До момента времени, пока максимальное значение выпрямленных фазных напряжений инверторов не превысит порогового значения, абсолютное скольжение Sнач задается постоянным в зависимости от положения рукоятки контроллера машиниста и составляет от 0,75 Гц до 1 Гц в тяге и 0,56 Гц в режиме электродинамического торможения (ЭДТ). К значению абсолютного скольжения добавляется (в режиме ЭДТ вычитается) значение частоты вращения ротора fДС (в тяге - минимальное, в режиме ЭДТ - максимальное значение из подключенных к МПСУ датчиков скорости). Полученная таким образом частота поля статора передается на микросхему программируемой логики ALTERA, которая формирует импульсы управления тиристорами АИТ. Для разгона электропоезда частота АИТ постепенно увеличивается.Until the moment when the maximum value of the rectified phase voltages of the inverters does not exceed the threshold value, the absolute slip S starts to be set constant depending on the position of the handle of the driver’s controller and ranges from 0.75 Hz to 1 Hz in traction and 0.56 Hz in electrodynamic braking mode (EDT). The value of the rotor speed f ДС is added to the absolute slip value (in the EDT mode) (in traction - the minimum, in the EDT mode - the maximum value from the speed sensors connected to the MPSU). The stator field frequency obtained in this way is transmitted to the ALTERA programmable logic chip, which generates AIT thyristor control pulses. To accelerate the electric train, the frequency of the AIT gradually increases.
При низких скоростях движения (до 23 км/ч) для улучшения гармонического состава потребляемого электропоездом тока оба АИТ работают синхронно с фазовым сдвигом друг относительно друга на 30 электрических градусов. При увеличении скорости движения электропоезда свыше 23 км/ч для равномерной загрузки асинхронных двигателей при разных диаметрах бандажей колесных пар каждый АИТ управляется по собственной измеренной величине Э.Д.С.At low speeds (up to 23 km / h), to improve the harmonic composition of the current consumed by the electric train, both AITs operate synchronously with a phase shift of 30 electrical degrees relative to each other. With an increase in the speed of movement of the electric train over 23 km / h for uniform loading of induction motors with different diameters of the bandages of wheel sets, each AIT is controlled by its own measured value E.D.S.
Величина тока статора АТД стабилизируется широтно-импульсными преобразователями ТП1 10 и ТП2 11. Каждому положению контроллера машиниста соответствует определенная уставка тока сглаживающего реактора Lc. ТП автоматически, за счет обратной связи, поддерживает такое напряжение на выходе, которое необходимо для поддержания заданного контроллером машиниста тока сглаживающего реактора.The magnitude of the stator current ADT is stabilized by pulse-width converters TP1 10 and TP2 11. Each position of the controller of the driver corresponds to a certain current setting of the smoothing reactor Lc. TP automatically, due to feedback, maintains such an output voltage that is necessary to maintain the smoothing reactor current set by the controller of the driver.
Увеличение частоты вращения тяговых двигателей с постоянным значением момента на валу происходит до скорости 55-60 км/ч. При скорости выше 55-60 км/ч ТП выходит на верхний предел регулирования коэффициента заполнения. После этого МПСУ продолжает увеличивать частоту АИТ, поддерживая уровень открытого состояния ТП на максимальном уровне. Этот режим обеспечивает режим постоянной мощности на валах АТД.The increase in the speed of traction motors with a constant value of the moment on the shaft occurs up to a speed of 55-60 km / h. At speeds above 55-60 km / h TP goes to the upper limit of the regulation of the fill factor. After this, the MPSU continues to increase the frequency of AIT, maintaining the level of open state of TP at the maximum level. This mode provides a constant power mode on the ADT shafts.
Переход из режима тяги на выбегTransition from traction to coast
Переход из режима тяги в выбег предполагает отключение тяговых двигателей от инвертора тока без прерывания тока в сглаживающем реакторе. Это обеспечивается сквозным открытием тиристоров одной фазы АИТ и плавным снижением тока сглаживающих реакторов при помощи импульсных прерывателей.The transition from traction to coasting mode involves disconnecting the traction motors from the current inverter without interrupting the current in the smoothing reactor. This is ensured by the through opening of thyristors of a single phase AIT and a smooth decrease in the current of smoothing reactors using pulse choppers.
Режим торможенияBraking mode
Переход в режим электрического торможения осуществляется по команде контроллера машиниста. В этом режиме АТД становятся источниками энергии, а АИТ преобразуют трехфазный ток в выпрямленный.The transition to the electric braking mode is carried out at the command of the driver’s controller. In this mode, ATDs become energy sources, and AITs convert a three-phase current into a rectified one.
Переход в режим торможения осуществляется при разомкнутом контакторе ПК-2 16 подачей управляющего импульса на тиристор VS71. Таким образом, увеличение тока сглаживающих реакторов осуществляется по цепи: контактная сеть - БВ 2 - ПК-1 3 - ТП1 10 - Lc1 14 - АИТ1 15 - фаза А - фаза С - резисторы Rt3 85 - тиристор VS71 87 - резисторы Rt4 88 - АИТ2 17 - фаза В - фаза А - Lc2 18 - ТП2 11 - ЗУ 118. При этом частота работы инверторов такова, что обеспечивается отрицательная величина скольжения АТД.The transition to the braking mode is carried out with the open contactor PK-2 16 by applying a control pulse to the thyristor VS71. Thus, the current of smoothing reactors is increased through the circuit: contact network - BV 2 - PK-1 3 - TP1 10 - Lc1 14 - AIT1 15 - phase A - phase C - resistors Rt3 85 - thyristor VS71 87 - resistors Rt4 88 - AIT2 17 - phase B - phase A - Lc2 18 - TP2 11 - memory 118. Moreover, the frequency of operation of the inverters is such that a negative value of the ADT slip is provided.
После перехода АТД в генераторный режим, тиристор VS71 87 закрывается, разрывая связь между АИТ1 15 и АИТ2 17. Для запирания VS71 87 предусмотрен контур коммутации, содержащий тиристор VS72 86 и заряженный до напряжения контактной сети конденсатор Ск71 113.After the ADT switches to the generator mode, the thyristor VS71 87 closes, breaking the connection between AIT1 15 and AIT2 17. To lock the VS71 87, a switching circuit is provided that contains the thyristor VS72 86 and the capacitor Sk71 113 charged to the voltage of the contact network.
В режиме торможения ТП продолжают работать так же, как и в режиме тяги. Во время открытого состояния соответствующего ТП выпрямленный ток инверторов протекает следующим образом:In braking mode, the TPs continue to work in the same way as in traction mode. During the open state of the corresponding TP, the rectified current of the inverters flows as follows:
- "+АИТ1" - ограничительный реактор L 18 117 - диод VD 12 19 - ТП1 10 - реактор Lcl 14-"-АИТ1";- "+ AIT1" - restriction reactor L 18 117 - diode VD 12 19 - TP1 10 - reactor Lcl 14 - "- AIT1";
- "+АИТ2" - реактор Lc2 18 - ТП2 11 - диод VD22 20 - "- АИТ2".- "+ AIT2" - reactor Lc2 18 - TP2 11 - diode VD22 20 - "- AIT2".
В период паузы ТП выпрямленный ток протекает через соответствующую группу конденсатора фильтра Сф. При этом происходит дозаряд конденсатора по следующей цепи:During the pause period of the transformer, the rectified current flows through the corresponding group of the filter capacitor Cf. In this case, the capacitor is recharged along the following circuit:
- "+АИТ 1" - ограничительный реактор L 18 117 - диод VD 12 19 - Сф 1 4 - ограничительный реактор L17 115 - обратный диод VD15 12 - реактор Lc1 14 -"-АИТ1";- "+
- "+АИТ2" - реактор Lc2 18 - обратный диод VD25 13 - ограничительный реактор L27 116 - Сф2 5 - диод VD22 20 - "- АИТ2".- "+ AIT2" - reactor Lc2 18 - reverse diode VD25 13 - limiting reactor L27 116 - Сф2 5 - diode VD22 20 - "- AIT2".
Когда суммарное напряжение на конденсаторах входного Сф1 4 и Сф2 5 фильтра превысит напряжение контактной сети, начинается рекуперация энергии в сеть при наличии потребителя на участке. Если потребитель на участке отсутствует, то при достижении суммарного напряжения на конденсаторах Сф1 4 и Сф2 5 величины 4000 В включаются ТОН1 6 и ТОН2 7. При этом энергия АТД рассеивается на резисторах Rt1 8 и Rt2 9.When the total voltage at the input capacitors Сф1 4 and
При скорости движения менее 15 км/ч схема электрического торможения автоматически отключается, происходит дотормаживание поезда электропневматическим тормозом до полной остановки поезда.At a speed of less than 15 km / h, the electric braking circuit is automatically switched off, the train is braked by the electro-pneumatic brake until the train stops completely.
Заявителем разработан опытный образец устройства, который на экспериментальном электропоезде полностью подтвердил заявленные характеристики.The applicant has developed a prototype device, which on an experimental electric train fully confirmed the claimed characteristics.
ЛитератураLiterature
1. Лувишис А.Л. Современные пригородные поезда. Локомотив, 1996, №8-12, 1997, №1.1. Luvisis A.L. Modern commuter trains. Lokomotiv, 1996, No. 8-12, 1997, No. 1.
2. Хомяков Б.И. и др. Перспективы улучшения показателей пригородных поездов. Электрическая тяга на рубеже веков. Сборник научных трудов (под редакцией А.Л.Лисицина). М., Интекст, 2000, с.110-123.2. Khomyakov B.I. and others. Prospects for improving the performance of suburban trains. Electric traction at the turn of the century. Collection of scientific papers (edited by A.L. Lisitsin). M., Intext, 2000, pp. 110-123.
3. Малютин В.А. и др. Анализ построения тягового и вспомогательного оборудования современного электрического подвижного состава. Сборник научных трудов. М., Интекст, 2000, с.130-148.3. Malyutin V.A. et al. Analysis of the construction of traction and auxiliary equipment of modern electric rolling stock. Collection of scientific papers. M., Intext, 2000, p. 130-148.
4. Дядичко В.Я. и др. Электропоезд ЭНЗ: особенности конструкции и электрических схем. Локомотив. 2000, 3 5. С.34-37 (прототип).4. Uncle V.Ya. and others. Electric train ENZ: design features and electrical circuits. Locomotive. 2000, 3 5. S. 34-37 (prototype).
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004133998/09A RU2299512C2 (en) | 2004-11-22 | 2004-11-22 | Electric-train traction induction drive |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004133998/09A RU2299512C2 (en) | 2004-11-22 | 2004-11-22 | Electric-train traction induction drive |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004133998A RU2004133998A (en) | 2006-05-10 |
| RU2299512C2 true RU2299512C2 (en) | 2007-05-20 |
Family
ID=36656453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004133998/09A RU2299512C2 (en) | 2004-11-22 | 2004-11-22 | Electric-train traction induction drive |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2299512C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2459346C2 (en) * | 2007-05-25 | 2012-08-20 | Альстом Транспорт Са | Method to control voltage or current of rlc filter, data medium and transport facilities for application of this method |
| RU2481214C1 (en) * | 2011-12-21 | 2013-05-10 | Открытое акционерное общество "Калужский завод "Ремпутьмаш" | Locomotive |
-
2004
- 2004-11-22 RU RU2004133998/09A patent/RU2299512C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2459346C2 (en) * | 2007-05-25 | 2012-08-20 | Альстом Транспорт Са | Method to control voltage or current of rlc filter, data medium and transport facilities for application of this method |
| RU2481214C1 (en) * | 2011-12-21 | 2013-05-10 | Открытое акционерное общество "Калужский завод "Ремпутьмаш" | Locomotive |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004133998A (en) | 2006-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2467891C2 (en) | Method of feeding standby auxiliary consuming hardware, auxiliary converter and railway vehicle to this end | |
| Hill | Electric railway traction. I. Electric traction and DC traction motor drives | |
| CN107627862B (en) | Multi-flow system converter equipment | |
| KR101035425B1 (en) | Controller of variable speed ac motor | |
| CN113183766B (en) | Multi-source multi-system electric locomotive traction transmission system topology | |
| Hill | Electric railway traction. II. Traction drives with three-phase induction motors | |
| CN110549861A (en) | multi-system traction transmission system based on multiple Boost/Buck choppers | |
| CN110071648A (en) | The progress control method of PWM rectifier in a kind of city rail traffic tractive power supply system | |
| Lopatkin et al. | Bi-directional high-voltage DC-DC-converter for advanced railway locomotives | |
| CN112109596B (en) | Power supply system for electric locomotive | |
| Popescu et al. | Improvement of power quality and energy efficiency in Bucharest metro traction substations | |
| RU2299512C2 (en) | Electric-train traction induction drive | |
| RU192613U1 (en) | DEVICE FOR INCREASING POWER RECTIFIER OF RECTIFIER-INVERTER CONVERTER OF SINGLE-PHASE AC | |
| JP4200512B2 (en) | Power unit for electric vehicle | |
| Kebede et al. | Power electronics converter application in traction power supply system | |
| Liudvinavičius et al. | Management of locomotive tractive energy resources | |
| Abraham | Power electronics in German railway propulsion | |
| Kumar et al. | Investigation on recuperation of regenerative braking energy using ESS in (Urban) rail transit system | |
| CN205468584U (en) | Motor all -electronin regenerative brake energy recuperation system | |
| Kemp | Developments in electric traction | |
| Yadav et al. | Investigation on Energy Recovery Converter using Industrial Motor Drive | |
| Nagamani et al. | Design and Analysis of Traction Drive System for Hybrid Locomotives using 5-phase Permanent Magnet Synchronous Motors as Traction Motors | |
| RU2740639C1 (en) | Control method of multi-zone rectifier-inverter converter of single-phase alternating current | |
| CN112172618B (en) | High-reliability power supply method for electric locomotive | |
| RU2728891C1 (en) | Rectifier-inverter converter of electric stock and method of its control in regenerative braking mode |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071123 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20090127 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091123 |