RU2359400C2 - Frequency-controlled asynchronous electric drive - Google Patents
Frequency-controlled asynchronous electric drive Download PDFInfo
- Publication number
- RU2359400C2 RU2359400C2 RU2007122031/09A RU2007122031A RU2359400C2 RU 2359400 C2 RU2359400 C2 RU 2359400C2 RU 2007122031/09 A RU2007122031/09 A RU 2007122031/09A RU 2007122031 A RU2007122031 A RU 2007122031A RU 2359400 C2 RU2359400 C2 RU 2359400C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- arc
- electric motor
- windings
- angle
- inverters
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Abstract
Description
Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам и непосредственно касается асинхронных тяговых приводов локомотивов.The invention relates to rail vehicles and directly relates to asynchronous traction drives of locomotives.
Известен частотно-управляемый асинхронный электропривод [Пат. 2194355 РФ. Частотно-управляемый асинхронный электропривод / М.В.Загорский, В.И.Воробьев, А.И.Ивахин, Г.С.Михальченко], содержащий электродвигатель, который снабжен не менее чем двумя дуговыми обмотками статора и механически связан с колесной парой, установленной на рельсах, а также датчик скорости электродвигателя и систему регулирования, состоящую из статического преобразователя частоты с автономными инверторами, каждый из которых подключен к отдельной дуговой обмотке статора, и блока управления преобразователем, имеющего обратную связь по датчику скорости и прямую связь со статическим преобразователем частоты. При этом токи автономных инверторов сдвинуты друг относительно друга на угол, определяемый числом дуговых обмоток статора.Known frequency-controlled asynchronous electric drive [Pat. 2194355 RF. Frequency-controlled asynchronous electric drive / M.V. Zagorsky, V.I. Vorobyov, A.I. Ivakhin, G.S. Mikhalchenko], containing an electric motor that is equipped with at least two arc stator windings and is mechanically connected to the wheel pair, mounted on rails, as well as an electric motor speed sensor and a control system consisting of a static frequency converter with autonomous inverters, each of which is connected to a separate arc stator winding, and a converter control unit with feedback on the sensor in speed and a direct link with a static frequency converter. In this case, the currents of the autonomous inverters are shifted relative to each other by an angle determined by the number of stator arc windings.
К недостаткам указанного технического решения относится нерегулируемый угол смещения токов питания дуговых обмоток статора, что не позволяет управлять касательной силой тяги привода при возникновении процесса боксования колесной пары.The disadvantages of the indicated technical solution include the unregulated angle of bias of the supply currents of the stator arc windings, which does not allow controlling the tangential force of the drive traction when the process of boxing of the wheel pair occurs.
Техническим результатом изобретения является повышение тяговых качеств привода в условиях ограниченного сцепления колесной пары и рельсов путем регулирования угла смещения токов питания дуговых обмоток статора.The technical result of the invention is to improve the traction properties of the drive in conditions of limited adhesion of the wheelset and rails by adjusting the angle of bias of the supply currents of the stator arc windings.
Технический результат достигается тем, что электропривод содержит электродвигатель, который снабжен не менее чем двумя дуговыми обмотками статора и механически связан с колесной парой, установленной на рельсах, а также датчик скорости электродвигателя и систему регулирования, состоящую из статического преобразователя частоты с автономными инверторами, каждый из которых подключен к отдельной дуговой обмотке статора, и блока управления преобразователем, имеющего обратную связь по датчику скорости и прямую связь со статическим преобразователем частоты. Система регулирования посредством блока управления статическим преобразователем частоты формирует сигналы управления инверторами по алгоритму с однократной на периоде коммутацией силовых элементов, обеспечивает изменение частоты напряжений на выходах автономных инверторов и сдвиг токов инверторов относительно друг друга на угол, определяемый числом дуговых обмоток. При этом блок управления статическим преобразователем частоты снабжен устройством измерения ускорения вращения электродвигателя, связанным с датчиком скорости электродвигателя и фиксирующим возникновение и окончание процесса боксования колесной пары, а также регулятором угла смещения токов дуговых обмоток статора, которое по сигналам, поступающим от устройства измерения ускорения вращения электродвигателя, обеспечивает в режиме боксования колесной пары уменьшение угла смещения токов питания дуговых обмоток в диапазоне, определяемом числом дуговых обмоток статора.The technical result is achieved by the fact that the electric drive contains an electric motor that is equipped with at least two arc stator windings and is mechanically connected to a wheel pair mounted on rails, as well as an electric motor speed sensor and a control system consisting of a static frequency converter with autonomous inverters, each of which is connected to a separate arc winding of the stator, and the converter control unit, which has feedback on the speed sensor and a direct connection with the static converter frequency caller. The control system through the control unit of the static frequency converter generates control signals for inverters according to an algorithm with a once switching power elements during a period, provides a change in the frequency of voltages at the outputs of autonomous inverters and a shift of the currents of inverters relative to each other by an angle determined by the number of arc windings. In this case, the control unit of the static frequency converter is equipped with a device for measuring the acceleration of rotation of the electric motor, connected with the speed sensor of the electric motor and fixing the occurrence and termination of the process of boxing of the wheel pair, as well as a regulator of the angle of the bias currents of the arc windings of the stator, which according to the signals received from the device for measuring the acceleration of rotation of the electric motor , provides in the mode of boxing a pair of wheels a decrease in the angle of bias of the supply currents of the arc windings in the range IOM arc number of stator windings.
Изложенная сущность изобретения поясняется чертежом.The essence of the invention is illustrated by the drawing.
Электропривод содержит (фиг.1) электродвигатель 1 с дуговыми обмотками 2 статора (в качестве примера на фиг.1 изображен электропривод с тремя дуговыми обмотками), механически связанный с колесной парой 3, установленной на рельсах 4, а также датчик скорости 5 электродвигателя 1 и систему регулирования, которая состоит из статического преобразователя частоты 6 с автономными инверторами 7 и блока управления 8 преобразователем 6. При этом каждый автономный инвертор 7 подключен к отдельной дуговой обмотке 2, а блок управления 8 имеет обратную связь по датчику скорости 5 и прямую связь со статическим преобразователем частоты 6.The electric drive contains (Fig. 1) an
В электроприводе блок управления 8 снабжен устройством измерения ускорения вращения 9 электродвигателя 1, связанным с датчиком скорости 5, и регулятором угла смещения токов 10 дуговых обмоток 2.In the electric drive, the
Электропривод работает следующим образом.The electric drive operates as follows.
Регулирование электропривода осуществляется частотным способом. Система регулирования посредством блока управления 8 статическим преобразователем частоты 6 формирует сигналы управления автономными инверторами 7 по алгоритму с однократной на периоде коммутацией силовых элементов и обеспечивает изменение частоты f1 напряжений на выходах автономных инверторов в соответствии с сигналом fp датчика скорости 5 электродвигателя 1 по известному закону f1=f2+fp, гдеElectric drive regulation is carried out in a frequency manner. The control system by means of the
f2 - частота абсолютного скольжения (частота тока ротора). Кроме того, система регулирования задает сдвиг токов инверторов относительно друг друга на угол Θ=π/3k, определяемый числом k дуговых обмоток 2 статора, где k≥2.f 2 is the absolute slip frequency (rotor current frequency). In addition, the control system sets the shift of the inverter currents relative to each other by an angle Θ = π / 3k, determined by the number k of
Известно [Курбасов А.С., Седов В.И., Сорин Л.Н. Проектирование тяговых электродвигателей / Под ред. А.С.Курбасова - М.: Транспорт, 1987. - с.364-365], что в области низких частот f1 напряжения питания дуговых обмоток 2 при законах управления статическим преобразователем частоты с однократной на периоде коммутацией силовых элементов (λ=180 эл. градусов или λ=120 эл. градусов) пульсации δМα, крутящего момента, создаваемого в двигателе каждой обмоткой, могут достигать 25% и более от его среднего значения (фиг.2) в зависимости от заданной величины f2 и текущего значения fp. При этом частота следования пульсаций крутящего момента равна шестикратной частоте питающего напряжения, т.е. fδM=6f1.It is known [Kurbasov A.S., Sedov V.I., Sorin L.N. Design of traction electric motors / Ed. A.S. Kurbasova - M .: Transport, 1987. - p.364-365], that in the low frequency region f 1 the supply voltage of the
Для угла Θ=π/3k суммирование крутящих моментов дуговых обмоток позволяет уменьшить до минимально возможного уровня относительную пульсацию δМΣ крутящего момента двигателя с одновременным увеличением частоты следования пульсаций до значений fδM=6kf1, а также достичь необходимой величины среднего момента МсрΣ электродвигателя (на фиг.2 приведен крутящий момент электродвигателя с тремя дуговыми обмотками). При уменьшении угла сдвига токов питания дуговых обмоток в диапазоне π/3k>Θ≥0 пульсация δМΣ крутящего момента двигателя увеличивается и в случае Θ=0 достигает максимального значения, равного пульсации δМα момента от одной дуговой обмотки (фиг.2). В рассматриваемом диапазоне угла Θ частота первой гармоники пульсации момента двигателя составляет fδM=6f1.For the angle Θ = π / 3k, the summation of the torques of the arc windings makes it possible to reduce the relative pulsation δM Σ of the motor torque to the minimum possible level while increasing the pulsation repetition rate to f δM = 6kf 1 , and also to achieve the required average moment M crΣ of the electric motor ( figure 2 shows the torque of the electric motor with three arc windings). With a decrease in the angle of shear of the supply currents of the arc windings in the range π / 3k> Θ≥0, the ripple δM Σ of the motor torque increases and in the case Θ = 0 reaches a maximum value equal to the ripple δM α of the moment from one arc winding (Fig. 2). In the considered range of angle рассматрива, the frequency of the first harmonic of the pulsation of the motor torque is f δM = 6f 1 .
Через механическую связь крутящий момент двигателя передается колесной паре 3 (фиг.1), установленной на рельсах 4, создавая касательную силу тяги Fk привода. В качестве примера на фиг.3 приведена упрощенная тяговая характеристика тепловоза [Осипов С.И. и др. Основы локомотивной тяги/ С.И.Осипов., К.А.Миронов, В.И.Ревич. - М.: Транспорт, 1979. - 440 с., С.112-121], которая представляет собой зависимость касательной силы тяги локомотива Fк от скорости движения V и независимо от вида электропередачи содержит участки ограничения по сцеплению 1, ограничения по пусковому току тягового генератора 2 и ограничения по мощности дизеля 3. Участок ограничения по сцеплению 1 рассчитывается для сухих рельсов, а участок ограничения по пусковому току 2 - из условия реализации меньшей силы тяги, чем на участке 1 для уменьшения возможности боксования колесной пары. Трогание с места и разгон локомотива производится по кривой 2, чему соответствует режим пуска и разгона привода при малых частотах f1 напряжения питания дуговых обмоток двигателя. Низкий уровень пульсации δМΣ крутящего момента двигателя при Θ=π/3k благодаря ее гашению в элементах механической связи (на фиг.1 не показаны) практически не вызывает пульсации силы тяги Fk.Through mechanical coupling, the engine torque is transmitted to the pair of wheels 3 (FIG. 1) mounted on the
Увлажнение рельсов, попадание масла в контакт колеса и рельса и другие факторы вызывают уменьшение коэффициента сцепления ψ на всех скоростях движения локомотива V и, следовательно, снижение участка 1 тяговой характеристики (на фиг.3 - кривая 1'). В результате возникает срыв сцепления, приводящий к режиму боксования колесной пары.The wetting of the rails, the ingress of oil into the contact of the wheel and the rail, and other factors cause a decrease in the coefficient of adhesion ψ at all speeds of the locomotive V and, consequently, a decrease in the
Известно [Минов А.К. Повышение тяговых свойств электровозов и тепловозов с электрической передачей. - М.: Транспорт, 1965. - С.229], что режим боксования начинается при окружном ускорении колесной пары w, превышающем 0,45-0,5 м/с2. Для выделения процесса боксования блок управления 8 (фиг.1) статическим преобразователем частоты 6 снабжен устройством измерения ускорения вращения 9 электродвигателя 1, которое производит дифференцирование сигнала по частоте вращения ротора fр двигателя, поступающего с датчика скорости 5:It is known [Minov A.K. Improving the traction properties of electric locomotives and diesel locomotives. - M .: Transport, 1965. - P.229], that the boxing mode starts when the circumferential acceleration of the wheelset w exceeds 0.45-0.5 m / s 2 . To highlight the boxing process, the control unit 8 (Fig. 1) with a
εр=Tдdfp/dt,ε p = T d df p / dt,
где Tд - постоянная времени дифференцирования, величина которой определяет необходимую продолжительность процесса измерения углового ускорения ротора εр.where T d - the time constant of differentiation, the value of which determines the necessary duration of the process of measuring the angular acceleration of the rotor ε p .
При выделении сигнала εр, которое в пересчете соответствует окружному ускорению колесной пары w, превышающему 0,5 м/с2, устройство 9 подает сигнал на регулятор угла смещения токов 10 дуговых обмоток 2. Регулятор 10 обеспечивает уменьшение угла сдвига токов питания дуговых обмоток 2 в диапазоне π/3k>Θ≥0 до значения, определяющего величину пульсации δМΣ, момента двигателя (фиг.2), при которой процесс боксования прекращается. Момент окончания боксования фиксируется также устройством 9 путем измерения εр, соответствующего w<0,45 м/с2, и от устройства 9 подается сигнал на регулятор 10, который устанавливает угол Θ в указанном выше значении. Этот момент соответствует точке А на фиг.3.When the signal ε p is selected, which in terms of the peripheral acceleration of the wheel pair w exceeds 0.5 m / s 2 , the
Полученная пульсация момента двигателя вызывает пульсацию 4 силы тяги Fk (фиг.3), которая в одной части периода пульсации находится ниже кривой 1', а в другой части - выше. Это позволяет реализовать предельную силу тяги с полезным проскальзыванием в зоне максимально возможного коэффициента сцепления ψmax при отмеченных ранее неблагоприятных условиях работы привода. На фиг.4 приведена зависимость коэффициента сцепления ψ от скорости скольжения Vск (или коэффициента скольжения s) 1 при фиксированной скорости движения локомотива V [П.Вигнер. Тягово-энергетические показатели электровозов серии 250 // Железные дороги мира. - 1985. - №10, С.9-16]. По аналогичной зависимости изменяется предельно возможная сила тяги, определяемая известным выражением Fк=ψQ, где Q - сцепной вес локомотива, а для рассматриваемого привода - осевая нагрузка. При полученной пульсации сила тяги Fk реализуется по замкнутой кривой 2 (фиг.4), не приводя к разносному боксованию колесной пары.The resulting ripple of the engine torque causes a
В случае повторного возникновения процесса боксования колесной пары (фиг.3, точка В), вызванного некоторым уменьшением величины δМΣ в процессе разгона привода и расхождением участков 2 и 1' характеристики, регулятор 10 (фиг.1) производит дальнейшее уменьшение угла Θ, и электропривод работает по описанному выше алгоритму. В точке С (фиг.3) кривая 2 или 3 пересекает участок Г тяговой характеристики, что обуславливает окончательное прекращение режима боксования.In the event of a repeated occurrence of the process of boxing of the wheelset (Fig. 3, point B), caused by a slight decrease in the value of δM Σ during the drive acceleration and the discrepancy of the
Переход тяговой характеристики с участка 2 на участок 3 обычно происходит при скоростях движения локомотива 5-15 км/ч. На участке 3 сила тяги Fk быстро уменьшается, а скорость движения V возрастает. При достижении скорости V>15 км/ч, гарантирующей выход из зоны боксования, система регулирования переходит в исходное состояние, задавая угол сдвига токов инверторов Θ=π/3k. Это можно осуществить, например, путем переключения регулятора 10 (фиг.1) по сигналу fp датчика скорости 5, соответствующему в пересчете указанной скорости. Кроме того, возвращение системы в исходное состояние аналогично производится по сигналу отключения сети питания привода (сброса нагрузки).The transition of the traction characteristic from
Технико-экономическая эффективность изобретения в сравнении с прототипом заключается в том, что в режиме боксования колесной пары система регулирования электропривода обеспечивает уменьшение угла сдвига токов дуговых обмоток электродвигателя. При этом задается требуемая пульсация касательной силы тяги привода, которая позволяет реализовать предельную силу тяги с полезным проскальзыванием в зоне максимального коэффициента сцепления, благодаря чему электропривод имеет повышенные тяговые качества в условиях ограниченного сцепления колесной пары и рельсов.The technical and economic efficiency of the invention in comparison with the prototype lies in the fact that in the mode of boxing the wheelset, the electric drive control system reduces the angle of shear of the currents of the arc windings of the electric motor. At the same time, the required pulsation of the tangential force of the traction of the drive is set, which allows you to realize the ultimate traction force with useful slippage in the zone of maximum coefficient of adhesion, due to which the electric drive has increased traction in conditions of limited adhesion of the wheelset and rails.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007122031/09A RU2359400C2 (en) | 2007-06-13 | 2007-06-13 | Frequency-controlled asynchronous electric drive |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007122031/09A RU2359400C2 (en) | 2007-06-13 | 2007-06-13 | Frequency-controlled asynchronous electric drive |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007122031A RU2007122031A (en) | 2008-12-20 |
RU2359400C2 true RU2359400C2 (en) | 2009-06-20 |
Family
ID=41026144
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007122031/09A RU2359400C2 (en) | 2007-06-13 | 2007-06-13 | Frequency-controlled asynchronous electric drive |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2359400C2 (en) |
-
2007
- 2007-06-13 RU RU2007122031/09A patent/RU2359400C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007122031A (en) | 2008-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5661378A (en) | Tractive effort control method and system for recovery from a wheel slip condition in a diesel-electric traction vehicle | |
KR910002779B1 (en) | Motor vehicle driving apparatus | |
KR101173722B1 (en) | Driver of rolling stock | |
US8125169B2 (en) | Rotating electrical machine control system and vehicle drive system | |
US7937194B2 (en) | System and method for reducing wheel slip and wheel locking in an electric vehicle | |
US20080179122A1 (en) | Electric motor control system, series hybrid vehicle, electric motor control apparatus, and electric motor control method | |
EP0022267B1 (en) | Control system for induction motor-driven car | |
US6163121A (en) | Torque maximization and vibration control for AC locomotives | |
CN107342715B (en) | DC power supply torque system and control method thereof | |
CN102457224A (en) | Control apparatus for power conversion system including DC/AC converter connected between electric rotating machine and DC power source | |
US6028402A (en) | Automatic rail characterization for adhesion system evaluation for AC locomotives | |
US6020714A (en) | Control system for a drive having an asynchronous motor | |
EP2434636B1 (en) | Generation system for rail cars | |
RU2359400C2 (en) | Frequency-controlled asynchronous electric drive | |
RU2467899C1 (en) | Diesel locomotive electric transmission | |
RU2475378C1 (en) | Device for adjusting electric train speed, using regenerative power and eliminating train wheels slippage | |
RU2730723C1 (en) | Electric locomotive transmission | |
Manigrasso et al. | Design and modelling of asynchronous traction drives fed by limited power source | |
EP1473485B1 (en) | Reducing counter-phase vibrations | |
RU2735297C1 (en) | Electric locomotive transmission | |
Qiang et al. | A novel drive strategy for hybrid electric vehicles | |
JPH02262495A (en) | Driving device for propelling ship | |
Shardlow et al. | DC motor control | |
RU2772108C1 (en) | Asynchronous rotating machine with phase rotor | |
US5550444A (en) | Device and process for the reversible storage of electric energy by its reversible conversion to kinetic energy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20081210 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100614 |