RU81133U1

RU81133U1 - SYSTEM OF AUXILIARY ELECTRIC DRIVES OF ELECTRIC MOBILE COMPOSITION

Info

Publication number: RU81133U1
Application number: RU2008116043/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Киреев; Геннадий Николаевич Кононов; Константин Павлович Солтус
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2009-03-10

Abstract

Использование: в электротехнике, в электроприводе электроподвижного состава, для питания вспомогательных электрических машин и оборудования.Usage: in electrical engineering, in an electric drive of electric rolling stock, for powering auxiliary electrical machines and equipment.

Сущность полезной модели: система вспомогательных электроприводов электроподвижного состава содержит клеммы для подключения преобразователей собственных нужд, к которым подключены несколько каналов нагрузок, представляющие собой преобразователи - инверторы напряжения, питающие вспомогательные электродвигатели и оборудование системы собственных нужд, управляемые блоками управления по командам системы управления. Указанные каналы нагрузок соединены проводами. Преобразователь и блок управления преобразователем каждого канала питания нагрузки расположены непосредственно на корпусе двигателя или оборудования, либо в непосредственной близости от двигателя или оборудования системы собственных нужд.The essence of the utility model: the system of auxiliary electric drives of electric rolling stock contains terminals for connecting auxiliary converters, to which several load channels are connected, which are converters - voltage inverters supplying auxiliary electric motors and auxiliary system equipment controlled by control units according to control system commands. These load channels are connected by wires. The converter and the converter control unit of each load power channel are located directly on the motor or equipment housing, or in the immediate vicinity of the engine or auxiliary equipment.

Технический результат - повышение надежности, помехоустойчивости, снижение перенапряжений в цепи питания нагрузки, улучшение условий диагностики неисправности. 1 н.з. п.ф-лы, 2 ил.EFFECT: increased reliability, noise immunity, reduced overvoltages in the load supply circuit, improved conditions for diagnosing a malfunction. 1 n.a. P. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к электроприводу электроподвижного состава (э.п.с.) и предназначена, в частности, для питания вспомогательных электрических машин и оборудования.The utility model relates to electrical engineering, namely to the electric drive of electric rolling stock (emf) and is intended, in particular, to power auxiliary electrical machines and equipment.

Известна система вспомогательных электроприводов, содержащая преобразователи для регулирования напряжения на нагрузках, представляющих вспомогательные электрические машины и оборудование собственных нужд, микропроцессорную систему управления ими. Каждая нагрузка получает питание по отдельному каналу. Выходы преобразователей соединены с нагрузками при помощи проводов. (Ю.А.Орлов и др./Концепция схем и конструкции грузового электровоза постоянного тока 2ЭС4К//Вестник ВЭлНИИ: Сб. науч. тр. ОАО "Всеросс. н-и. и проектно-конструкт. ин-т электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ").- Новочеркасск, 2006. - Т. 1(50), с.64-74, рис.3).A known system of auxiliary electric drives, containing converters for regulating voltage at loads representing auxiliary electrical machines and auxiliary equipment, microprocessor control system. Each load receives power through a separate channel. The outputs of the converters are connected to the loads via wires. (Yu.A. Orlov et al. / The concept of schemes and design of a freight electric locomotive of direct current 2ES4K // Bulletin of VELNII: Sat scientific research. OJSC "All-Russian scientific research and design-engineering institute of electric locomotive building" (OJSC “VELNII”) .- Novocherkassk, 2006. - T. 1 (50), pp. 64-74, Fig. 3).

Недостатком системы вспомогательных электроприводов, получающих питание по высоковольтным проводам, является удаленность нагрузки от преобразователей, а также сосредоточенность (в одном месте) системы управления, включая блоки управления вспомогательным приводом. В этом случае провода, соединяющие блок микропроцессорной системы управления с преобразователями энергии для питания вспомогательных машин и оборудования подвержены помехам вследствие наводок, требуют принятия специальных технических мер по повышению помехозащищенности.The disadvantage of the system of auxiliary electric drives powered by high-voltage wires is the remoteness of the load from the converters, as well as the concentration (in one place) of the control system, including control units for the auxiliary drive. In this case, the wires connecting the microprocessor control unit with energy converters for powering auxiliary machines and equipment are subject to interference due to interference, require special technical measures to increase noise immunity.

Другим недостатком системы вспомогательных электроприводов является наличие протяженных силовых проводов, соединяющих Another disadvantage of the auxiliary electric drive system is the presence of extended power wires connecting

преобразователи и нагрузку. Ввиду значительной протяженности силовых проводов и вследствие явления «стоячей волны» в силовых проводах возникают перенапряжения, превышающие допустимые значения напряжения питания нагрузки. С целью снижения низкочастотных излучений силовых проводов, система вспомогательных электроприводов содержит сложные и габаритные устройства синус-фильтры.converters and load. Due to the considerable length of the power wires and due to the “standing wave” phenomenon, overvoltages occur in the power wires in excess of the permissible voltage values of the load supply. In order to reduce the low-frequency emissions of power wires, the auxiliary drive system contains complex and dimensional sine-filter devices.

Наиболее близким по технической сущности является система вспомогательных электроприводов, содержащая вспомогательные электрические машины и оборудование собственных нужд, получающие питание от преобразователей для регулирования значения питающего напряжения вспомогательных машин, микропроцессорную систему управления в виде электронных блоков управления, информационные провода которой подключены к указанным преобразователям. Вспомогательное оборудование объединено в две питаемые от отдельных каналов вспомогательного привода (ВП) группы нагрузок с регулируемыми или фиксированными на заданном уровне питающими напряжением и частотой. Применение двух независимых и одинаковых (конструктивно и по установленной мощности) каналов ВП обеспечивает повышение надежности. При этом предусмотрена централизованная вентиляция и централизованная система управления одного преобразователя на все нагрузки (двигатели). (Б.И.Хоменко, Г.И.Колпахчьян, И.В.Пехотский / Вспомогательные транзисторные преобразователи для перспективного ЭПС // Электровозостроение: Сб. науч. тр. ОАО "Всеросс. н-и. и проектно-конструкт. ин-т электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ"). - Новочеркасск, 2003. - Т.45, с.185, рис.1).The closest in technical essence is the system of auxiliary electric drives, containing auxiliary electrical machines and auxiliary equipment, powered by converters to regulate the supply voltage of auxiliary machines, a microprocessor control system in the form of electronic control units, the information wires of which are connected to these converters. Auxiliary equipment is combined into two load groups supplied from separate channels of the auxiliary drive (VP) with regulated or fixed at a given level supply voltage and frequency. The use of two independent and identical (structurally and by installed capacity) VP channels provides increased reliability. At the same time, centralized ventilation and a centralized control system of one converter for all loads (motors) are provided. (B.I. Khomenko, G.I. Kolpakhchyan, I.V. Pekhotsky / Auxiliary transistor converters for advanced EPS // Electric locomotive construction: Collection of scientific papers of the All-Russian Scientific and Design Institute and design-engineering t electric locomotive building "(OJSC" VELNII "). - Novocherkassk, 2003. - T.45, p.185, Fig. 1).

Недостатком системы вспомогательных электроприводов является использование длинных проводов для передачи управляющих сигналов на преобразователи. Высоковольтные силовые провода ввиду большой протяженности также подвержены риску механических повреждений и т.п.The disadvantage of the auxiliary drive system is the use of long wires for transmitting control signals to the converters. High voltage power wires are also subject to the risk of mechanical damage, etc.

Другим недостатком системы вспомогательных электроприводов является, как и в аналоге, наличие протяженных силовых проводов соединяющих преобразователи и нагрузку, что приводит к расходу материалов на прокладку проводов, возникновению помех в проводах, предназначенных для передачи сигналов управления.Another disadvantage of the auxiliary electric drive system is, as in the analogue, the presence of extended power wires connecting the converters and the load, which leads to the consumption of materials for laying wires, the occurrence of interference in wires intended for transmitting control signals.

Задачей полезной модели является повышение надежности работыThe objective of the utility model is to increase reliability.

системы вспомогательных электроприводов. Второстепенной задачей auxiliary electric drive systems. Secondary task

полезной модели является улучшение условий выявления неисправности блоков системы вспомогательных электроприводов.A useful model is to improve the conditions for detecting malfunctions of blocks of the auxiliary drive system.

Поставленная задача решается тем, что система вспомогательных электроприводов, содержащая клеммы для подключения преобразователей собственных нужд, к которым подключены несколько каналов нагрузок, представляющие собой преобразователи - инверторы напряжения, питающие вспомогательные электродвигатели и оборудование системы собственных нужд, управляемые блоками управления по командам системы управления, при этом указанные каналы нагрузок соединены проводами, отличающаяся тем, что преобразователь и блок управления преобразователем каждого канала питания нагрузки расположены непосредственно на корпусе двигателя или оборудования системы собственных нужд, что сокращает до минимума протяженность проводов между блоком управления и значительно сокращает длину питающих проводов, или позволяет использовать короткие шины между статическими преобразователями и нагрузками.The problem is solved in that the auxiliary drive system containing terminals for connecting auxiliary converters to which several load channels are connected, which are converters - voltage inverters supplying auxiliary electric motors and auxiliary system equipment, controlled by control units according to control system commands, when this specified load channels are connected by wires, characterized in that the converter and the converter control unit azhdogo load supply channel arranged directly on the engine or equipment housing auxiliary system that minimizes the length of wiring between the control unit and significantly reduces the length of the power supply wires, or allows the use of short bus between static converters and loads.

Положительный эффект полезной модели проявляется в том, что предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежность силового электропитания и передачи сигналов управления, устранить влияние индуктивности в питающих проводах и появление эффекта «стоячей волны» в проводах за счет сокращения длины проводов и повысить легкость обнаружения неисправности блока управления.The positive effect of the utility model is manifested in the fact that the proposed technical solution improves the reliability of the power supply and transmission of control signals, eliminates the influence of inductance in the supply wires and the appearance of the standing wave effect in the wires by reducing the length of the wires and makes it easier to detect a malfunction of the control unit.

На фигуре 1 показана схема системы вспомогательных электроприводов.The figure 1 shows a diagram of a system of auxiliary electric drives.

На фигуре 2 представлена компоновка оборудования канала питания мотор-вентилятора системы вспомогательных электроприводов.The figure 2 presents the layout of the equipment of the power channel of the motor-fan system of auxiliary electric drives.

Система вспомогательных электроприводов электроподвижного состава (фиг.1) содержит клеммы 1 и 2 для подключения к источнику питания преобразователей 3, 4, 5 и 6 для питания преимущественно The system of auxiliary electric drives of electric rolling stock (Fig. 1) contains terminals 1 and 2 for connecting to the power source of converters 3, 4, 5 and 6 for power supply

двигателей 7, 8, 9 и 10, блоки управления преобразователями 3, 4, 5 и 6, соответственно 11, 12, 13 и 14. Каждый из преобразователей 3, 4, 5 и 6, блок управления этим преобразователем и двигатель, либо иная нагрузка (оборудование), питающиеся от упомянутого преобразователя, образуют один канал пиния нагрузки. Например, в соответствие с фиг.1 двигатель 7, преобразователь 3 и блок управления 11 образуют один канал питания. Преобразователь питания нагрузки каждого канала 3, 4, 5 и 6 и блоки управления преобразователями (БУП) каждого канала, конструктивно, размещены в едином блоке и располагаются в непосредственной близости от нагрузки своего канала. Т.е корпусе двигателя, или оборудования системы собственных нужд.motors 7, 8, 9 and 10, control units for converters 3, 4, 5 and 6, respectively 11, 12, 13 and 14. Each of converters 3, 4, 5 and 6, the control unit for this converter and the engine, or other load (equipment) powered by said converter form one channel of the load pin. For example, in accordance with figure 1, the motor 7, the Converter 3 and the control unit 11 form one power channel. The power supply converter of the load of each channel 3, 4, 5 and 6 and the control units of the converters (BUP) of each channel are structurally placed in a single unit and are located in close proximity to the load of their channel. Ie the engine casing, or the equipment of the auxiliary system.

На фиг.2 представлена компоновка оборудования мотор-вентилятора: реактивно-индукторного двигателя 8 и расположенного на нем блока 16, включающего в свой состав: преобразователь питания 4 и БУП 12.Figure 2 presents the layout of the equipment of the motor-fan: a reactive induction motor 8 and a unit 16 located on it, including: a power converter 4 and a power supply unit 12.

В зависимости от схемных решений преобразователи 3, 4, 5 и 6 могут состоять из корпуса, силовой панели, батареи конденсаторов, дросселей, охладителей силовых полупроводниковых приборов и других элементов.Depending on the circuit solutions, converters 3, 4, 5 and 6 may consist of a housing, a power panel, a capacitor bank, chokes, power semiconductor device coolers and other elements.

Блоки управления 11, 12, 13 и 14 предназначены для преобразования напряжения питания вспомогательных двигателей соответственно 7, 8, 9 и 10 по заданию центрального блока управления (ЦБУ) 15. Информация от ЦБУ 15 к БУП 11, 12, 13 и 14 передается по интерфейсу, например CAN-интерфейсу. Обратные связи и датчики контролируемых параметров между нагрузкой и БУП на фиг.1 не показаны.The control units 11, 12, 13, and 14 are designed to convert the auxiliary voltage of the auxiliary motors 7, 8, 9, and 10, respectively, on the instructions of the central control unit (CBU) 15. Information from the CBU 15 to the control unit 11, 12, 13, and 14 is transmitted via the interface e.g. CAN interface. Feedback and sensors of controlled parameters between the load and the ECU in figure 1 are not shown.

Источник питания системы вспомогательных электроприводов, подключаемый к клеммам 1 или 2 может быть как переменного, так и постоянного тока.The power source of the auxiliary drive system connected to terminals 1 or 2 can be either alternating or direct current.

Тип схемы преобразователей 3, 4, 5 и 6 определяется, главным образом, родом тока источника питания системы вспомогательных электроприводов и типом нагрузок. В качестве вспомогательных двигателей 7, 8, 9 и 10 могут The type of circuitry for converters 3, 4, 5, and 6 is determined mainly by the type of current of the power source of the auxiliary drive system and the type of load. As auxiliary engines 7, 8, 9 and 10 can

применяться асинхронные, реактивно-индукторные, вентильные и другие двигатели, практически с любым числом фаз.apply asynchronous, reactive induction, valve and other motors, with almost any number of phases.

Структура, количество каналов и тип нагрузок системы вспомогательных электроприводов, представленного на фиг.1 соответствуют для одного из вариантов нагрузок э.п.с. - системы вспомогательных электроприводов секции двухсекционного электровоза переменного тока. В качестве нагрузок - вспомогательных реактивно-индукторных двигателей 7, 8, 9 и 10 применяются: 7 - приводной двигатель компрессора, 8 и 9 - приводные двигатели мотор-вентиляторов охлаждения тяговых двигателей, 10 - двигатель вентилятора охлаждения блока балластных резисторов.The structure, number of channels and type of loads of the auxiliary electric drive system shown in Fig. 1 correspond for one of the options - systems of auxiliary electric drives of a section of a two-section AC electric locomotive. As loads - auxiliary reactive induction motors 7, 8, 9 and 10 are used: 7 - compressor drive motor, 8 and 9 - drive motors of traction motor cooling fans, 10 - ballast resistor cooling fan motor.

Оборудование системы собственных нужд, также может включать в себя: шкаф питания цепей управления, зарядное устройство, трансформатор и т.п., являющееся также каналами питания нагрузок.Auxiliaries system equipment may also include: a control cabinet power supply cabinet, a charger, a transformer, etc., which are also load supply channels.

Система вспомогательных электроприводов работает следующим образом.The auxiliary drive system operates as follows.

Питание с клемм 1 и 2 источника питания системы вспомогательных электроприводов подается на преобразователи 3, 4, 5 и 6. Команды с ЦБУ 15 системы вспомогательных электроприводов поступает на БУП 11, 12, 13 и 14, или некоторые из них, по информационным каналам (интерфейсу).The power from the terminals 1 and 2 of the auxiliary drive system power supply is supplied to the converters 3, 4, 5 and 6. The commands from the central control unit 15 of the auxiliary drive system are supplied to the control unit 11, 12, 13 and 14, or some of them, via information channels (interface )

В соответствие с константами и постоянными, заложенными в память ЦБУ 15, режимом работы электроподвижного состава и сигналов датчиков оборудования э.п.с., поступающими в ЦБУ 15, ЦБУ 15 выдает команды БУП 11, 12, 13 и 14 задания значения напряжения и (или) частоты напряжения питания нагрузок системы вспомогательных электроприводов 7, 8, 9 и 10. БУП 11, 12, 13 и 14 реализуют заданные значения по алгоритмам регулирования напряжения и частоты, заложенным в память БУП, с учетом сигналов обратной связи.In accordance with the constants and constants stored in the memory of the CPU 15, the operating mode of the electric rolling stock and the signals of the sensors of the equipment of the emf coming to the CPU 15, the CPU 15 issues the commands BUP 11, 12, 13 and 14 to set the voltage value and ( or) the frequency of the supply voltage of the loads of the auxiliary electric drive system 7, 8, 9 and 10. BUP 11, 12, 13 and 14 implement the set values according to the voltage and frequency control algorithms stored in the BUP memory, taking into account feedback signals.

Входными сигналами ЦБУ 15 являются сигналы с органов управления э.п.с. (задатчиков) пульта машиниста - в частности, команды на запуск The input signals of the CPU 15 are signals from the controls (setters) of the driver’s console - in particular, the start command

преобразователей, подготовку преобразователей к работе и отключение преобразователей.converters, preparing the converters for operation and turning off the converters.

Количество каналов питания нагрузок системы вспомогательных электроприводов может быть различным, в зависимости от типа э.п.с. Каждый из каналов системы вспомогательных электроприводов может питать несколько параллельно подключенных нагрузок. Нагрузкой канала может являться не только вспомогательный двигатель, но и трансформаторы с различным числом фаз первичной и вторичной обмоток. Также система вспомогательных электроприводов может содержать канал питания однофазных нагрузок постоянного или переменного напряжения. Примером такой нагрузки является шкаф питания цепей управления э.п.с.The number of power supply channels of the loads of the auxiliary drive system can be different, depending on the type of power supply. Each of the channels of the auxiliary drive system can supply several loads connected in parallel. The load of the channel can be not only an auxiliary motor, but also transformers with a different number of phases of the primary and secondary windings. Also, the auxiliary drive system may contain a power channel for single-phase loads of direct or alternating voltage. An example of such a load is the power supply cabinet of the e.p.s.

Таким образом, предлагаемая система вспомогательных электроприводов позволяет:Thus, the proposed system of auxiliary electric drives allows you to:

1) Повысить надежность (помехоустойчивость) работы системы вспомогательных электроприводов за счет сокращения до минимума протяженности силовых и информационных проводов между блоком управления преобразователем и самим преобразователем для питания нагрузок системы вспомогательных электроприводов.1) To increase the reliability (noise immunity) of the auxiliary drive system by minimizing the length of the power and information wires between the converter control unit and the converter itself to power the loads of the auxiliary drive system.

2) Значительно сократить длину проводов, или даже применить короткие шины, соединяющие преобразователи и нагрузки. Применение шин снижает паразитные индуктивности, практически исключает возникновение «стоячей волны», возникающей в гибких проводниках.2) Significantly reduce the length of the wires, or even apply short buses connecting the converters and loads. The use of tires reduces parasitic inductances, virtually eliminates the occurrence of a "standing wave" that occurs in flexible conductors.

Все это расширяет функциональные возможности системы вспомогательных электроприводов.All this extends the functionality of the auxiliary drive system.

Дополнительно система вспомогательных электроприводов позволит повысить быстродействие обработки и выдачи сигналов управления, поступающих с блоков управления преобразователями системы вспомогательных электроприводов на управляемые полупроводниковые приборы. При этом повышается эффективность диагностики неисправного канала питания нагрузок системы вспомогательных электроприводов.Additionally, the auxiliary drive system will improve the speed of processing and issuing control signals from the control units of the converters of the auxiliary drive system to controlled semiconductor devices. This increases the efficiency of diagnostics of a faulty power supply channel of the loads of the auxiliary drive system.

Claims

A system of auxiliary electric drives of electric rolling stock, containing terminals for connecting auxiliary converters, to which several load channels are connected, which are converters - voltage inverters supplying auxiliary electric motors and auxiliary system equipment, controlled by control units according to control system commands, while the indicated load channels connected by wires, characterized in that the converter and the converter control unit of each channel Power supply loads are located directly on the body of the engine or equipment of the auxiliary system.