RU2422299C1 - Power supply system of electric train with asynchronous traction drive - Google Patents

Power supply system of electric train with asynchronous traction drive Download PDF

Info

Publication number
RU2422299C1
RU2422299C1 RU2009145325/11A RU2009145325A RU2422299C1 RU 2422299 C1 RU2422299 C1 RU 2422299C1 RU 2009145325/11 A RU2009145325/11 A RU 2009145325/11A RU 2009145325 A RU2009145325 A RU 2009145325A RU 2422299 C1 RU2422299 C1 RU 2422299C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
traction
power supply
consumers
power
winding
Prior art date
Application number
RU2009145325/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Григорьевич Яцук (RU)
Владимир Григорьевич Яцук
Original Assignee
Ооо "Гамем"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ооо "Гамем" filed Critical Ооо "Гамем"
Priority to RU2009145325/11A priority Critical patent/RU2422299C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2422299C1 publication Critical patent/RU2422299C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

FIELD: transport. ^ SUBSTANCE: invention relates to electrified railway transport and aimed to improvement of electric power supply scheme of electric train with asynchronous traction drive. Electric power supply scheme is used as power supply for non-traction on-board consumers during operation from alternating current overhead system. Energising of low-voltage power consumers and accumulator battery charging of electric train is carried out using half-controlled rectifier and high-frequency inverter where rectifier input can be connected either to additional winding of the main power transformer connected with ~25 kV overhead system or to ~380 V, 50 Hz industrial three-phase system. Using of two-winding and multi-winding high-frequency transformers provides power supply for low-voltage power consumers both from =3 kV direct-current and ~25 V alternating- current high-voltage overhead systems as well as from accumulator battery of =110 V. ^ EFFECT: decrease in dimensions and weight, higher efficiency and reliability of power supply for on-board consumers. ^ 3 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к электрооборудованию транспортных средств с электротягой, которое может работать от различных систем внешнего электроснабжения, обеспечивая подачу электроэнергии к тяговым двигателям и нетяговым бортовым потребителямThe invention relates to electrical equipment of vehicles with electric traction, which can operate from various external power supply systems, providing power to the traction engines and non-traction on-board consumers

Уровень техникиState of the art

Для электрификации железных дорог применяются две системы электроснабжения: переменного и постоянного тока, в нашей стране это 25 кВ переменного тока и 3 кВ постоянного. Первоначально использовались электровозы двух типов: постоянного тока и переменного тока. Причем по пути следования поездов на специальных станциях стыкования двух различных систем производили смену электровозов одного типа на другой. Затем были разработаны электровозы двойного питания, которые являются более дорогостоящими и массивными, но не требуют специальных условий при переходе с одной системы питания на другую.For electrification of railways, two power supply systems are used: AC and DC, in our country it is 25 kV AC and 3 kV DC. Initially, two types of electric locomotives were used: direct current and alternating current. Moreover, along the route of trains at special docking stations of two different systems, electric locomotives of one type were replaced by another. Then, dual-power electric locomotives were developed, which are more expensive and massive, but do not require special conditions when moving from one power system to another.

Тяговые приводы электровозов также бывают двух типов: синхронные (коллекторные) и асинхронные. Преимущество асинхронных над коллекторными заключается в относительной простоте и надежности, что обусловлено отсутствием щеточно-коллекторного узла. Работы по созданию мощных магистральных электровозов с аинхронными тяговыми двигателями были развернуты еще в конце 1960-х годов (Т.Люттин, С.В.Покровский «Унифицированные многосистемные преобразователи нового поколения для электровозов с асинхронными тяговыми двигателями», ЖДМ №5, 2005 г.). С тех пор создано не менее шести поколений асинхронных тяговых преобразователей, которые все более используются и в нашей стране также.Traction drives of electric locomotives are also of two types: synchronous (collector) and asynchronous. The advantage of asynchronous over collector is relative simplicity and reliability, due to the lack of brush-collector assembly. Work on the creation of powerful mainline electric locomotives with induction traction engines was launched back in the late 1960s (T. Lyuttin, S.V. Pokrovsky “Unified multi-system converters of a new generation for electric locomotives with asynchronous traction motors”, ZhMD No. 5, 2005 ) Since then, at least six generations of asynchronous traction converters have been created, which are increasingly used in our country as well.

Тяговые преобразователи на базе современных компонентов силовой электроники в сочетании с трехфазными асинхронными тяговыми двигателями обеспечивают большие возможности как в повышении силы тяги, так и в снижении мешающего влияния электрической тяги на питающие сети.Traction converters based on modern components of power electronics in combination with three-phase asynchronous traction motors provide great opportunities both to increase traction and to reduce the interfering effect of electric traction on the mains.

В последние годы появились повышенные требования к качеству пассажирских перевозок, а значит, увеличилась потребность в дополнительных нетяговых потребителях электроэнергии (кондиционеры, электронагреватели, дополнительное освещение и т.п.). Кроме того, большинство нетяговых потребителей должно функционировать даже во время длительных стоянок.In recent years, there have been increased requirements for the quality of passenger transportation, which means that the need for additional non-traction consumers of electricity (air conditioners, electric heaters, additional lighting, etc.) has increased. In addition, most non-traction consumers should function even during long-term parking.

Универсальная система электропитания на железнодорожном транспорте, наиболее полно соответствующая современным требованиям к пассажирским перевозкам, должна обеспечить взаимозаменяемое или комбинированное использование следующих внешних источников электроэнергии:The universal power supply system for railway transport, which most fully meets modern requirements for passenger transportation, should provide for the interchangeable or combined use of the following external sources of electricity:

железнодорожная контактная сеть переменного тока (15-25 кВ),railway contact network of alternating current (15-25 kV),

железнодорожная контактная сеть постоянного тока (1,5-3,0 кВ),railway contact network of direct current (1.5-3.0 kV),

внешняя трехфазная сеть переменного тока (380 В),external three-phase alternating current network (380 V),

аккумуляторные батареи (110/50 В).rechargeable batteries (110/50 V).

Известны технические решения, направленные на совершенствование работы систем электроснабжения электровозов и электропоездов с асинхронным тяговым приводом.Known technical solutions aimed at improving the operation of power supply systems for electric locomotives and electric trains with asynchronous traction drive.

Например, известно изобретение по российскому патенту RU №2248892, в котором электропривод содержит переключатель рода тока, тяговый трансформатор, токоприемник и четырехквадрантный преобразователь, соединяемый контакторами с LC-фильтром. В тяговый электропривод введены два контактора, один из которых включен между крайним выводом реактора LC-фильтра и зажимом переменного тока четырехквадрантного преобразователя, а другой - между указанным выводом реактора LC-фильтра и плюсовым зажимом постоянного тока четырехквадрантного преобразователя.For example, the invention is known according to the Russian patent RU No. 2248892, in which the electric drive comprises a current type switch, a traction transformer, a current collector, and a four-quadrant converter connected by contactors to an LC filter. Two contactors are introduced into the traction electric drive, one of which is connected between the extreme terminal of the LC filter reactor and the AC terminal of the four-quadrant converter, and the other between the specified terminal of the LC filter reactor and the positive DC terminal of the four-quadrant converter.

Это устройство электропривода позволяет регулировать постоянное напряжение на входе автономного инвертора напряжения в диапазоне от фактической до максимальной величины питающей сети посредством использования в режиме импульсного прерывателя постоянного тока ключевых элементов четырехквадрантного преобразователя, не задействованных при питании от сети постоянного тока, что обеспечивает реализацию электроприводом максимальной мощности независимо от фактического напряжения тяговой сети. Одновременно сохраняется возможность функционирования привода по наиболее экономичной однозвенной схеме, когда фактическое напряжение тяговой сети обеспечивает развитие приводом требуемой мощности.This electric drive device allows you to adjust the constant voltage at the input of a stand-alone voltage inverter in the range from the actual to the maximum value of the mains by using the key elements of the quadrant converter in the pulsed DC chopper mode, which are not involved in the power supply from the direct current network, which ensures that the electric drive delivers maximum power independently from the actual voltage of the traction network. At the same time, it remains possible for the drive to function according to the most economical single-link scheme, when the actual voltage of the traction network ensures that the drive develops the required power.

Технический результат заключается в исключении зависимости развиваемой приводом мощности от величины фактического напряжения питающей сети.The technical result consists in eliminating the dependence of the power developed by the drive on the value of the actual voltage of the supply network.

Также известен универсальный комплекс электроснабжения, предназначенный для питания измерительно-вычислительного комплекса (ИВК) и бытовых нужд обслуживающего персонала лаборатории на колесах НИИЭФА-ЭНЕРГО (www.nfenergo.sp.ru), который обеспечивает:Also known is a universal power supply complex designed to power the measuring and computing complex (IVK) and the domestic needs of laboratory staff on wheels NIIEFA-ENERGO (www.nfenergo.sp.ru), which provides:

- бесперебойность питания независимо от скорости движения вагона, включая остановки в пути следования;- uninterrupted power regardless of the speed of the car, including stops along the way;

- снабжение электроэнергией при длительных стоянках как при наличии внешней сети, так и при ее отсутствии;- electricity supply during long-term parking both in the presence of an external network, and in its absence;

- удобство дистанционного управления и контроля из аппаратного зала с рабочего места оператора.- convenience of remote control and control from the equipment room from the operator’s workplace.

Комплекс работает в четырех режимах, которые выбираются с помощью одного переключателя:The complex operates in four modes, which are selected using a single switch:

- основной режим работы на ходу вагона;- The main mode of operation on the go;

- режим питания на длительной стоянке при наличии внешней сети;- power mode for long-term parking in the presence of an external network;

- электроснабжение на стоянке при отсутствии внешней сети;- power supply in the parking lot in the absence of an external network;

- работа от внешней сети при пониженном или повышенном напряжении.- work from an external network at low or high voltage.

В состав комплекса входят инверторы, источник бесперебойного питания, дизель-генератор, зарядное устройство аккумуляторной батареи, шкаф распределительный, разделительный трансформатор, пульт дистанционного управления.The complex includes inverters, uninterruptible power supply, diesel generator, battery charger, distribution cabinet, isolation transformer, remote control.

В качестве прототипа рассмотрим систему электроснабжения электровоза ES64U4 компании Siemens Transportation Systems (TS), (ЖДМ №12, 2005 г.)As a prototype, we consider the power supply system of an electric locomotive ES64U4 from Siemens Transportation Systems (TS), (railway station number 12, 2005)

Электровоз ES64U4 оснащен двумя тяговыми преобразователями, по одному на тяговые двигатели одной из тележек.The electric locomotive ES64U4 is equipped with two traction converters, one per traction motors of one of the bogies.

Каждый тяговый преобразователь включает:Each traction converter includes:

- два четырехквадрантных импульсных регулятора;- two four-quadrant pulse regulators;

- два импульсных инвертора (по одному на каждый тяговый двигатель);- two pulse inverters (one for each traction motor);

- один инвертор для питания вспомогательных бортовых потребителей энергии.- one inverter to power auxiliary on-board energy consumers.

При питании от контактной сети переменного тока напряжением 15 или 25 кВ тяговый ток поступает к преобразователям, предварительно пройдя через последовательность смонтированных на крыше коммутационных аппаратов, в которую входят разъединитель, переключатель заземления, индуктивный дроссель и главный вакуумный быстродействующий выключатель, на первичную обмотку главного трансформатора. Четырехквадрантные регуляторы 4QS подключены к вторичной обмотке главного трансформатора. Выпрямленный ток от них через промежуточное звено постоянного напряжения проходит к двум импульсным инверторам. Каждый инвертор питает трехфазным переменным током «свои» тяговые двигатели. Протекание тока возможно как в прямом, так и в обратном направлении, т.е. реализуются режимы как тяги, так и электродинамического торможения.When powered from a 15 or 25 kV contact AC network, the traction current is supplied to the converters, after passing through a sequence of switchgear mounted on the roof, which includes a disconnector, an earthing switch, an inductive choke and a main high-speed vacuum circuit breaker, to the primary winding of the main transformer. Four-quadrant 4QS controllers are connected to the secondary winding of the main transformer. The rectified current from them passes through an intermediate DC link to two pulse inverters. Each inverter supplies three-phase alternating current “own” traction motors. The flow of current is possible both in the forward and in the opposite direction, i.e. modes of both traction and electrodynamic braking are realized.

При питании от контактной сети постоянного тока напряжением 3 или 1,5 кВ ток через двухступенчатый линейный фильтр направляется непосредственно в промежуточное звено постоянного напряжения. Фильтр формируется из вторичной обмотки главного трансформатора, конденсаторной сборки и индуктивного дросселя. В данном режиме тяговые преобразователи работают на полном напряжении контактной сети, а инверторы питают тяговые двигатели так же, как в случае контактной сети переменного тока.When powered from a DC contact network with a voltage of 3 or 1.5 kV, the current through a two-stage line filter is sent directly to the intermediate DC link. The filter is formed from the secondary winding of the main transformer, capacitor assembly and inductive choke. In this mode, the traction converters operate at the full voltage of the contact network, and the inverters supply the traction motors in the same way as in the case of the contact AC network.

На электровозе имеются два отдельных преобразователя для питания нетяговых бортовых потребителей энергии. Каждый из них подключен к выходу промежуточного звена постоянного напряжения одного из тяговых преобразователей.The electric locomotive has two separate converters for powering non-traction on-board energy consumers. Each of them is connected to the output of the intermediate DC link of one of the traction converters.

Первый преобразователь вырабатывает электроэнергию регулируемого напряжения и регулируемой (в пределах от 2 до 60 Гц) частоты. Он питает асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором системы охлаждения. Второй преобразователь вырабатывает электроэнергию стабильного напряжения и стабильной частоты. Он питает установки кондиционирования воздуха в кабинах управления, мотор-компрессор, масляные насосы и устройство подзарядки аккумуляторной батареи. Зарядное устройство может также получать питание от внешнего источника энергии, подключаемого через специальный разъем.The first converter generates electricity of regulated voltage and adjustable (in the range from 2 to 60 Hz) frequency. It feeds asynchronous motors with a squirrel cage cooling system. The second converter generates electricity of a stable voltage and a stable frequency. It powers the air conditioning units in the control cabins, the motor-compressor, oil pumps and the battery charger. The charger can also be powered by an external power source connected via a dedicated connector.

Главный трансформатор электровоза изготовлен в однофазном исполнении и рассчитан на питание от контактной сети переменного тока 15 кВ, 16,7 Гц и 25 кВ, 50 Гц.The main transformer of the electric locomotive is made in a single-phase design and is designed to be powered from a contact AC network of 15 kV, 16.7 Hz and 25 kV, 50 Hz.

Недостатком является зависимость цепи питания нетяговых бортовых потребителей энергии от цепи питания тяговых двигателей, так как она подключена к выходу промежуточного звена постоянного напряжения одного из тяговых преобразователей.The disadvantage is the dependence of the power supply circuit of non-traction on-board energy consumers from the power supply circuit of traction motors, since it is connected to the output of the intermediate DC link of one of the traction converters.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Заявляемая система электроснабжения электропоезда с асинхронным тяговым приводом снабжена устройствами подключения:The inventive power supply system of an electric train with an asynchronous traction drive is equipped with connection devices:

к железнодорожной контактной сети переменного тока напряжением ~25 кВ,~ 25 kV railway contact network of alternating current,

к железнодорожной контактной сети постоянного тока напряжением = 3 кВ,to the railway contact network of a direct current with voltage = 3 kV,

к внешней трехфазной сети переменного тока напряжением ~380 В,to an external three-phase AC network with a voltage of ~ 380 V,

к аккумуляторной батарее на = 110/50 В.to battery at = 110/50 V.

Система содержит главный силовой трансформатор, первичная обмотка которого соединена с устройством подключения к контактной сети переменного тока ~25 кВ и который питает электрическую цепь питания асинхронного тягового привода, включающую выпрямитель, фильтр и мощный инвертор, управляющий асинхронными двигателями, а также электрическую цепь питания нетяговых бортовых потребителей, в том числе зарядного устройства аккумуляторной батареи, включающую в себя полууправляемый выпрямитель и высокочастотный инвертор, подсоединенный через выключатель к одной из двух первичных обмоток многообмоточного трансформатора, имеющего несколько вторичных обмоток для индуктивного разделения по питанию всех нетяговых бортовых потребителей.The system contains a main power transformer, the primary winding of which is connected to a ~ 25 kV AC contact network device and which supplies an electric power supply circuit for an asynchronous traction drive, including a rectifier, a filter and a powerful inverter that controls asynchronous motors, as well as an electric power supply circuit for non-traction vehicles consumers, including the battery charger, which includes a semi-controlled rectifier and a high-frequency inverter connected through yklyuchatel one of the two primary windings of the multiple transformer having multiple secondary windings for the inductive separation by feeding all onboard not traction consumers.

Эта же цепь питания нетяговых бортовых потребителей - по входу - может быть соединена при необходимости (например, при длительных стоянках) с внешней трехфазной сетью переменного тока напряжением ~380 В.The same supply circuit of non-traction on-board consumers - at the input - can be connected, if necessary (for example, during long-term parking), with an external three-phase AC network with a voltage of ~ 380 V.

Система имеет также вторую цепь питания нетяговых бортовых потребителей, которая через выключатель может подсоединяться к контактной сети постоянного тока = 3 кВ. Эта цепь содержит высокочастотный инвертор и разделительный двухобмоточный трансформатор, который через выключатель может подсоединяться к той же первичной обмотке многообмоточного трансформатора, что и упомянутая первая цепь питания нетяговых бортовых потребителей.The system also has a second power supply circuit for non-traction on-board consumers, which can be connected via a circuit breaker to a DC contact network = 3 kV. This circuit contains a high-frequency inverter and a two-winding isolation transformer, which through a switch can be connected to the same primary winding of a multi-winding transformer as the first power supply circuit of non-traction on-board consumers.

Вторая же первичная обмотка многообмоточного трансформатора может подключаться (в случае необходимости в аварийном питании) к аккумуляторной батарее на = 110/50 В через маломощный инвертор (преобразующий постоянное напряжение батареи в переменное).The second primary winding of a multi-winding transformer can be connected (if necessary, emergency power supply) to the battery at = 110/50 V through a low-power inverter (converting the battery's constant voltage to alternating).

Технический эффект изобретения заключается в упрощении электрической схемы системы универсального электроснабжения, в снижении массогабаритных показателей источника питания собственных нужд, в повышении коэффициента полезного действия и надежности источника питания бортовых потребителей. Это осуществляется за счет того что:The technical effect of the invention is to simplify the electrical circuit of the universal power supply system, to reduce the overall dimensions of the auxiliary power supply source, to increase the efficiency and reliability of the power supply of onboard consumers. This is due to the fact that:

1) электрическая цепь питания нетяговых бортовых потребителей при работе от контактной сети переменного тока ~25 кВ отслеживает питание всех низковольтных потребителей энергии и заряд аккумуляторной батареи электропоезда с помощью полууправляемого выпрямителя и высокочастотного инвертора, причем вход выпрямителя может подключаться либо к дополнительной обмотке силового трансформатора, либо к промышленной трехфазной сети 380 В, 50 Гц, что значительно упрощает схему и снижает массогабаритные показатели источника питания собственных нужд;1) the electrical power supply circuit of non-traction on-board consumers when operating from a ~ 25 kV AC contact network monitors the power supply of all low-voltage energy consumers and the battery of the electric train battery using a semi-controlled rectifier and a high-frequency inverter, and the rectifier input can be connected either to an additional winding of the power transformer, or to an industrial three-phase network of 380 V, 50 Hz, which greatly simplifies the circuit and reduces the overall dimensions of the auxiliary power supply ;

2) применение двух- и многообмоточного высокочастотных трансформаторов позволяет обеспечивать питание низковольтных потребителей энергии от высоковольтных контактных сетей постоянного и переменного тока, а также от аккумуляторной батареи = 110 В через маломощный инвертор, что повышает коэффициент полезного действия и надежность источника питания потребителей.2) the use of two- and multi-winding high-frequency transformers allows you to provide power to low-voltage energy consumers from high-voltage contact networks of direct and alternating current, as well as from a battery = 110 V through a low-power inverter, which increases the efficiency and reliability of the consumer power source.

На чертеже приведена функциональная схема системы электроснабжения электропоезда с асинхронным тяговым приводом.The drawing shows a functional diagram of the power supply system of an electric train with an asynchronous traction drive.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Система электроснабжения, представленная на чертеже, включает в себя:The power supply system shown in the drawing includes:

1 - устройство подключения системы электроснабжения электропоезда к железнодорожной контактной сети переменного тока напряжением ~25 кВ,1 - a device for connecting a power supply system of an electric train to a railway contact network of alternating current voltage of ~ 25 kV,

2 - устройство подключения системы электроснабжения электропоезда к железнодорожной контактной сети постоянного тока напряжением = 3 кВ,2 - device for connecting the electric power supply system of the electric train to the railway contact network of direct current voltage = 3 kV,

3 - устройство подключения цепи питания нетяговых бортовых потребителей к внешней трехфазной сети переменного тока напряжением ~380 В,3 - device for connecting the power circuit of non-traction on-board consumers to an external three-phase AC network with a voltage of ~ 380 V,

4 - устройство подключения нетяговых бортовых потребителей к аккумуляторной батарее на = 110/50 В,4 - device for connecting non-traction on-board consumers to the battery at = 110/50 V,

5 - главный силовой трансформатор,5 - main power transformer,

6 - выпрямитель,6 - rectifier,

7 - фильтр или преобразователь постоянного напряжения (первый),7 - filter or DC-DC converter (first),

8 - мощный инвертор для тягового привода,8 - a powerful inverter for traction drive,

9 - полууправляемый выпрямитель,9 - semi-controlled rectifier,

10 - фильтр или преобразователь постоянного напряжения (второй),10 - filter or DC-voltage converter (second),

11 - высокочастотный инвертор,11 - high frequency inverter,

12 - многообмоточный трансформатор,12 - multi-winding transformer,

13 - первый выключатель первичной обмотки многообмоточного трансформатора,13 - the first switch of the primary winding of a multi-winding transformer,

14 - разделительный трансформатор,14 - isolation transformer,

15 - высокочастотный инвертор,15 - high-frequency inverter,

16 - маломощный инвертор,16 - low power inverter,

17 - преобразователь 3-фазного выходного напряжения 380 в 50 Гц,17 - Converter 3-phase output voltage 380 to 50 Hz,

18 - преобразователь 2-фазного выходного напряжения 230 в 50 Гц,18 - Converter 2-phase output voltage 230 to 50 Hz,

19 - преобразователь зарядного устройства аккумуляторных батарей,19 is a Converter charger battery

20 - преобразователь бортового потребителя на 50 В постоянного тока,20 - on-board consumer converter for 50 V DC,

21 - преобразователь бортового потребителя на напряжение по требованию от 0 до 135 В,21 - converter on-board consumer to voltage on demand from 0 to 135 V,

22 - выключатель цепи нетяговых бортовых потребителей при работе от контактной железнодорожной сети = 3 кВ,22 - circuit breaker of non-traction on-board consumers when operating from a contact railway network = 3 kV,

23 - выключатель цепи нетяговых бортовых потребителей при работе от контактной железнодорожной сети ~25 кВ,23 - circuit breaker of non-traction on-board consumers when operating from a contact railway network ~ 25 kV,

24 - второй выключатель первичной обмотки многообмоточного трансформатора.24 - the second switch of the primary winding of a multi-winding transformer.

В качестве устройств подключения 1-4 могут быть использованы стандартные контакторы и автоматические выключатели.As connection devices 1-4, standard contactors and circuit breakers can be used.

Выпрямитель 6 может быть выполнен по мостовой двухполупериодной схеме.Rectifier 6 can be made according to a bridge half-wave circuit.

Фильтры или преобразователи постоянного напряжения 7 и 10 могут быть выполнены по любой общеизвестной схеме.Filters or DC / DC converters 7 and 10 can be made according to any well-known scheme.

В качестве мощного первого инвертора 8 можно использовать 3-фазный мостовой инвертор.As a powerful first inverter 8, you can use a 3-phase bridge inverter.

В качестве высокочастотного второго инвертора 11 можно использовать однофазный полумостовой или мостовой инвертор.As a high-frequency second inverter 11, a single-phase half-bridge or bridge inverter can be used.

В качестве высокочастотного третьего инвертора 15 можно использовать однофазный полумостовой или мостовой инвертор.As a high-frequency third inverter 15, a single-phase half-bridge or bridge inverter can be used.

В качестве маломощного четвертого инвертора 16 можно использовать однофазный полумостовой или мостовой инвертор.As a low-power fourth inverter 16, a single-phase half-bridge or bridge inverter can be used.

Преобразователи 17 и 18 могут быть выполнены по любым общеизвестным схемам, разработанным для получения соответствующих выходных напряжений: 380 В, 50 Гц; 230 В, 50 Гц.Converters 17 and 18 can be made according to any well-known schemes designed to obtain the corresponding output voltages: 380 V, 50 Hz; 230 V, 50 Hz.

Низковольтные преобразователи постоянного тока 19-21 могут быть выполнены также по известным схемам.Low-voltage DC-DC converters 19-21 can also be made according to known schemes.

Работа системы электроснабжения электропоезда с асинхронным тяговым приводом в зависимости от источника внешнего электроснабжения может осуществляться разным путем.The operation of the power supply system of an electric train with an asynchronous traction drive, depending on the source of external power supply, can be carried out in different ways.

1 случай - подключение системы электроснабжения электропоезда к контактной сети постоянного тока = 3 кВ.1 case - connection of the electric train power supply system to the direct current contact network = 3 kV.

Постоянное напряжение постоянного тока = 3 кВ поступает на фильтр 7 (или преобразователь постоянного напряжения), затем на инвертор 8, где формируется рабочее напряжение для работы асинхронных двигателей АД. Цепь питания нетяговых бортовых потребителей подключается через выключатель 22 и включает в себя высокочастотный инвертор 15, разделительный трансформатор 14 и первичную обмотку (БП) многообмоточного трансформатора 12, которая может отключаться выключателем 13. На вторичных обмотках трансформатора 12 формируются выходные напряжения разного номинального значения:DC voltage = 3 kV is supplied to the filter 7 (or DC-DC converter), then to the inverter 8, where the operating voltage is formed for the operation of asynchronous motors AD. The power circuit of non-traction on-board consumers is connected through a switch 22 and includes a high-frequency inverter 15, an isolation transformer 14, and a primary winding (PS) of a multi-winding transformer 12, which can be switched off by a switch 13. On the secondary windings of the transformer 12, output voltages of different nominal values are formed:

a) входное напряжение для преобразователя 17 3-фазного выходного напряжения 380 в 50 Гц, предназначенного для питания бортового кондиционера;a) the input voltage for the Converter 17 3-phase output voltage of 380 to 50 Hz, designed to power the on-board air conditioner;

b) входное напряжение для преобразователя 18 2-фазного выходного напряжения 230 в 50 Гц, предназначенного для питания вагонных розеток;b) the input voltage for the Converter 18 2-phase output voltage of 230 to 50 Hz, designed to power the car sockets;

c) входное напряжение выпрямителя 19, подключенного к осветительным приборам вагона;c) the input voltage of the rectifier 19 connected to the lighting devices of the car;

d) входное напряжение выпрямителя 20, подключенного к различным низковольтным потребителям вагона;d) the input voltage of the rectifier 20 connected to various low-voltage consumers of the car;

e) входное напряжение выпрямителя 21, предназначенного для обеспечения подзаряда вагонных аккумуляторов.e) the input voltage of the rectifier 21, designed to recharge the car battery.

2 случай - подключение системы электроснабжения электропоезда к контактной сети переменного тока ~25 кВ.2 case - connection of the power supply system of the electric train to the contact AC network ~ 25 kV.

Переменное напряжение ~25 кВ через устройство подключения 1 подается на первичную обмотку главного силового трансформатора 5. На одной из его вторичных обмоток (ВВ) формируется входное напряжение электрической цепи питания асинхронного тягового привода, включающей выпрямитель 6, фильтр 7 (формирователь постоянного напряжения) и мощный инвертор 8.An alternating voltage of ~ 25 kV is supplied through the connection device 1 to the primary winding of the main power transformer 5. On one of its secondary windings (BB), the input voltage of the electric power circuit of the asynchronous traction drive is formed, including rectifier 6, filter 7 (constant voltage driver) and powerful inverter 8.

Для питания нетяговых бортовых потребителей служит цепь питания, подключаемая выключателем 23 к другой вторичной обмотке (НВ) главного силового трансформатора 5. В цепь питания входят: полууправляемый выпрямитель 9, собранный по любой известной мостовой схеме, фильтр 10 (формирователь постоянного напряжения), высокочастотный инвертор 11 и первичная обмотка (БП) многообмоточного трансформатора 12, которая может отключаться от этой цепи выключателем 24.To power non-traction on-board consumers, a power circuit is used, which is connected by a switch 23 to another secondary winding (NV) of the main power transformer 5. The power circuit includes: a semi-controlled rectifier 9, assembled according to any known bridge circuit, a filter 10 (constant voltage driver), a high-frequency inverter 11 and the primary winding (PSU) of a multi-winding transformer 12, which can be disconnected from this circuit by a switch 24.

Как и в 1-м случае на вторичных обмотках трансформатора 12 формируются выходные напряжения разного требуемого номинального значения.As in the 1st case, the output voltages of different required nominal values are formed on the secondary windings of the transformer 12.

3 случай - подключение цепи питания нетяговых бортовых потребителей (на остановках или в депо) к внешней трехфазной сети переменного тока напряжением ~380 В, 50 Гц.Case 3 - connecting the power circuit of non-traction on-board consumers (at stops or in a depot) to an external three-phase AC network with a voltage of ~ 380 V, 50 Hz.

Для подключения служит устройство подключения 3, которое подает ~380 В на вход цепи питания нетяговых бортовых потребителей, используемую во 2-м случае, т.е. состоящую из полууправляемого выпрямителя 9, фильтра 10 (формирователя постоянного напряжения), высокочастотного инвертора 11 и первичной обмотки (БП) многообмоточного трансформатора 12, которая может отключаться от этой цепи выключателем 24. В этом случае выключатель 23 находится в выключенном состоянии.To connect, use connection device 3, which supplies ~ 380 V to the input of the power circuit of non-traction on-board consumers, used in the 2nd case, i.e. consisting of a semi-controlled rectifier 9, a filter 10 (constant-voltage driver), a high-frequency inverter 11 and a primary winding (BP) of a multi-winding transformer 12, which can be disconnected from this circuit by a switch 24. In this case, the switch 23 is in the off state.

4 случай - подключение нетяговых бортовых потребителей к аккумуляторной батарее на = 110/50 Гц (аварийное подключение).4 case - connection of non-traction on-board consumers to the battery at = 110/50 Hz (emergency connection).

Постоянный ток от аккумуляторных батарей (= 110 В) подается через устройство подключения 4 на вход маломощного инвертора 16, преобразуясь в переменный ток. Выход инвертора 16 соединен со второй первичной обмоткой (АБ) многообмоточного трансформатора 12. Этот случай предполагает использование аккумуляторных батарей в экстренных случаях, например для дежурного освещения вагона.The direct current from the storage batteries (= 110 V) is supplied through the connection device 4 to the input of the low-power inverter 16, being converted into alternating current. The output of the inverter 16 is connected to the second primary winding (AB) of the multi-winding transformer 12. This case involves the use of rechargeable batteries in emergency cases, for example, for emergency lighting of a car.

Claims (1)

Система электроснабжения электропоезда с асинхронным тяговым приводом, снабженная устройствами подключения: к железнодорожной контактной сети переменного тока напряжением ~25 кВ, к железнодорожной контактной сети постоянного тока напряжением =3 кВ, к внешней трехфазной сети переменного тока напряжением ~380 В, к аккумуляторной батарее на =110/50 В, содержащая главный силовой трансформатор и электрическую цепь питания асинхронного тягового привода, включающую выпрямитель, фильтр и мощный инвертор, а также электрическую цепь питания нетяговых бортовых потребителей, в том числе зарядного устройства аккумуляторной батареи, отличающаяся тем, что содержит дополнительно многообмоточный трансформатор с двумя первичными и несколькими вторичными обмотками для индуктивно разделенного питания всех нетяговых бортовых потребителей, и вторую цепь питания нетяговых бортовых потребителей, которая через выключатель может подсоединяться к контактной сети постоянного тока =3 кВ, при этом главный силовой трансформатор, первичная обмотка которого соединена с устройством подключения к контактной сети переменного тока ~25 кВ, имеет две вторичные обмотки, одна из которых подключена к цепи питания асинхронного тягового привода, а другая - к выключателю, подсоединяющему первую цепь питания нетяговых бортовых потребителей, включающую в себя полууправляемый выпрямитель и высокочастотный инвертор, а также выключатель для подсоединения к первой первичной обмотке многообмоточного трансформатора, при этом вторая цепь питания нетяговых бортовых потребителей содержит высокочастотный инвертор, разделительный трансформатор и также выключатель для подсоединения к первой первичной обмотке многообмоточного трансформатора, кроме того, вторая первичная обмотка многообмоточного трансформатора соединена с устройством подключения аккумуляторной батареи на =110/50 В через маломощный инвертор, а первая цепь питания нетяговых бортовых потребителей по входу соединена с устройством подключения к внешней трехфазной сети переменного тока напряжением ~380 В. Power supply system for an electric train with an asynchronous traction drive, equipped with devices for connecting: to a ~ 25 kV railway contact AC network, ~ 3 kV to a railway contact DC network, ~ 380 V to an external three-phase AC network, to = 110/50 V, containing the main power transformer and the electric power circuit of the asynchronous traction drive, including the rectifier, filter and powerful inverter, as well as the electric power circuit of the non-traction x on-board consumers, including a battery charger, characterized in that it additionally contains a multi-winding transformer with two primary and several secondary windings for inductively shared power for all non-traction on-board consumers, and a second supply circuit of non-traction on-board consumers, which can be connected via a switch to contact DC network = 3 kV, while the main power transformer, the primary winding of which is connected to the device connecting to ~ AC 25 kV, has two secondary windings, one of which is connected to the power circuit of the asynchronous traction drive, and the other to a switch connecting the first power circuit of non-traction on-board consumers, which includes a semi-controlled rectifier and a high-frequency inverter, as well as a switch for connection to the first primary winding of a multi-winding transformer, while the second power circuit of non-traction on-board consumers contains a high-frequency inverter, an isolation transformer and also e switch for connecting to the first primary winding of the multi-winding transformer, in addition, the second primary winding of the multi-winding transformer is connected to the battery connection device at = 110/50 V through a low-power inverter, and the first power supply of non-traction on-board consumers is connected via an input to the external connection device three-phase AC voltage ~ 380 V.
RU2009145325/11A 2009-12-07 2009-12-07 Power supply system of electric train with asynchronous traction drive RU2422299C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009145325/11A RU2422299C1 (en) 2009-12-07 2009-12-07 Power supply system of electric train with asynchronous traction drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009145325/11A RU2422299C1 (en) 2009-12-07 2009-12-07 Power supply system of electric train with asynchronous traction drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2422299C1 true RU2422299C1 (en) 2011-06-27

Family

ID=44739075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009145325/11A RU2422299C1 (en) 2009-12-07 2009-12-07 Power supply system of electric train with asynchronous traction drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2422299C1 (en)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2494883C2 (en) * 2011-12-29 2013-10-10 Закрытое акционерное общество "Электро СИ" Auxiliary converter for railway
EP2689983B1 (en) 2012-07-27 2016-01-06 Hitachi Ltd. Drive system and railway vehicle provided with the drive system
CN106828183A (en) * 2017-04-06 2017-06-13 西南交通大学 Linear generating set, onboard power system and magnetic suspension train
RU177046U1 (en) * 2016-08-24 2018-02-07 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации UNINTERRUPTIBLE POWER SYSTEM
RU2650286C2 (en) * 2016-07-29 2018-04-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение "3 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Method of hybrid diesel-contact shunting locomotive operation with energy accumulators and shunting locomotive
RU181752U1 (en) * 2018-02-12 2018-07-26 Общество с ограниченной ответственностью "Уральские локомотивы" AC ELECTRIC CARRIER WITH ASYNCHRONOUS TRACTION MOTORS
CN108819800A (en) * 2018-06-26 2018-11-16 贾晶艳 The processing method and processing device of the net side converter plant of multithread electric locomotive
RU2674998C1 (en) * 2017-12-13 2018-12-14 Акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (АО "ВНИКТИ") Electric locomotive electric transmission
RU2714920C1 (en) * 2019-07-09 2020-02-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) Supply method of three-phase alternating current asynchronous motors of electric locomotive auxiliary machines system
RU2741318C1 (en) * 2018-01-26 2021-01-25 Хитачи, Лтд. Power conversion device and electric railway vehicle equipped with power conversion device
RU2755531C1 (en) * 2020-09-17 2021-09-17 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ Guaranteed electric locomotive power supply system
RU2755800C1 (en) * 2020-09-17 2021-09-21 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ System for uninterrupted power supply of electric locomotive
RU2761901C1 (en) * 2021-03-15 2021-12-13 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ Guaranteed power supply system for railway cars
CN114179624A (en) * 2021-12-16 2022-03-15 西安中车永电电气有限公司 Rail car traction power supply system powered by three-in-one hybrid energy

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2494883C2 (en) * 2011-12-29 2013-10-10 Закрытое акционерное общество "Электро СИ" Auxiliary converter for railway
EP2689983B2 (en) 2012-07-27 2023-07-26 Hitachi, Ltd. Drive system and railway vehicle provided with the drive system
EP2689983B1 (en) 2012-07-27 2016-01-06 Hitachi Ltd. Drive system and railway vehicle provided with the drive system
RU2650286C2 (en) * 2016-07-29 2018-04-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение "3 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Method of hybrid diesel-contact shunting locomotive operation with energy accumulators and shunting locomotive
RU177046U1 (en) * 2016-08-24 2018-02-07 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации UNINTERRUPTIBLE POWER SYSTEM
CN106828183A (en) * 2017-04-06 2017-06-13 西南交通大学 Linear generating set, onboard power system and magnetic suspension train
CN106828183B (en) * 2017-04-06 2023-11-07 西南交通大学 Linear power generation device, vehicle-mounted power supply system and maglev train
RU2674998C1 (en) * 2017-12-13 2018-12-14 Акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (АО "ВНИКТИ") Electric locomotive electric transmission
RU2741318C1 (en) * 2018-01-26 2021-01-25 Хитачи, Лтд. Power conversion device and electric railway vehicle equipped with power conversion device
RU181752U1 (en) * 2018-02-12 2018-07-26 Общество с ограниченной ответственностью "Уральские локомотивы" AC ELECTRIC CARRIER WITH ASYNCHRONOUS TRACTION MOTORS
CN108819800A (en) * 2018-06-26 2018-11-16 贾晶艳 The processing method and processing device of the net side converter plant of multithread electric locomotive
CN108819800B (en) * 2018-06-26 2021-06-01 贾晶艳 Processing method and device for network side converter of multi-system electric locomotive
RU2714920C1 (en) * 2019-07-09 2020-02-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) Supply method of three-phase alternating current asynchronous motors of electric locomotive auxiliary machines system
RU2755800C1 (en) * 2020-09-17 2021-09-21 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ System for uninterrupted power supply of electric locomotive
RU2755531C1 (en) * 2020-09-17 2021-09-17 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ Guaranteed electric locomotive power supply system
RU2761901C1 (en) * 2021-03-15 2021-12-13 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ Guaranteed power supply system for railway cars
CN114179624A (en) * 2021-12-16 2022-03-15 西安中车永电电气有限公司 Rail car traction power supply system powered by three-in-one hybrid energy
CN114179624B (en) * 2021-12-16 2024-01-30 西安中车永电电气有限公司 Three-in-one hybrid energy power supply rail car traction power supply system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2422299C1 (en) Power supply system of electric train with asynchronous traction drive
RU2467891C2 (en) Method of feeding standby auxiliary consuming hardware, auxiliary converter and railway vehicle to this end
KR101536492B1 (en) Driving system, driving system for railroad-vehicle, and railroad-vehicle and multi-car train mounted with same
US9008879B2 (en) System and method for operating a hybrid vehicle system
EP2695763B1 (en) Traction power converter for multisystem rail vehicle
EP2872359B1 (en) Energy management system for railbound vehicles
KR19980024261A (en) Apparatus and method for supplying DC power to a traction system
CN110834550A (en) Vehicle AC transmission system
RU2385237C1 (en) Converting system
CN103723044A (en) Auxiliary power supply system of urban rail vehicle
EP1356981A2 (en) Power supply device for railway carriages and/or drive units
KR20180078422A (en) Semiconductor Transformer for Railway Vehicle using Multiwinding High-frequency Transformer
Santos et al. Improvement of DC microgrid voltage regulation based on bidirectional intelligent charging systems
RU2326774C1 (en) Converting device of the passangers car power supply system
RU2470436C1 (en) Conversion complex of diesel locomotive power supply
RU2612075C1 (en) Locomotive traction converter
RU2334348C1 (en) Undercarriage device for power supply of passenger railroad carriage
CN109412469B (en) Traction converter system main circuit, control method and system
CN114301296A (en) DC/DC converter and ripple voltage compensation method
RU206035U1 (en) PASSENGER RAILWAY POWER SUPPLY DEVICE
RU2757016C1 (en) Uninterruptible power supply system for cars
CN110890845B (en) Cascade output current-sharing control method for power electronic transformer of high-speed rail train
JP7301686B2 (en) power conversion system
CN117984800A (en) Traction power system of variable marshalling train and variable marshalling train
CN205059604U (en) Diesel locomotive exchanges system of moving of assisting

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20121208