Обмен опытом

См. также:

Уважаемые коллеги. Размещение авторского материала на страницах электронного справочника "Информио" является бесплатным. Для получения бесплатного свидетельства необходимо оформить заявку

Положение о размещении авторского материала

Размещение информации

Применение электронных преобразователей на электроподвижном составе

27.06.2022 87 148
Василевская Ольга Игоревна
Василевская Ольга Игоревна, преподаватель

Тайгинский институт железнодорожного транспорта - филиал ФГБОУ ВО "Омский государственный университет путей сообщения"

На локомотивах и электропоездах применяют в основном тяговые электродвигатели постоянного (пульсирующего) тока. Проводится большая работа по установке на электровозы переменного тока тяговых электродвигателей переменного тока (асинхронных), но пока их внедрение носит экспериментальный характер. Высокое напряжение в контактной сети переменного тока (25000 Вольт) и значительно меньшее напряжение на коллекторах тяговых электродвигателей (ТЭД) постоянного тока требует необходимости использования тяговых трансформаторов для понижения напряжения и преобразователей для выпрямления переменного тока в постоянный.

Появление таких преобразователей – кремниевых вентилей: диодов, стало крупным научно-техническим достижением в электровозостроении. Началось их внедрение на электровозах и электропоездах. Это всем известные электровозы серии ВЛ60 всех индексов и ВЛ80 С и Т. Диоды, конструктивные названия которых – вентиль лавинный (ВЛ), размещаются в выпрямительных установках (ВУ), по одной установке на тележку.

После выпрямления в выпрямительных установках ток, для сглаживания пульсаций, проходит через сглаживающий реактор и далее в цепь тягового электродвигателя. На электровозах ВЛ80 С и Т применяется реостатное торможение (торможение электродвигателями), которое требует установки еще одной выпрямительной установки возбуждения (ВУВ), которая предназначена для выпрямления и плавного регулирования тока в обмотках возбуждения ТЭД. Такое прогрессивное электрическое торможение как рекуперативное (возврат электроэнергии, вырабатываемой ТЭД в генераторном режиме в контактную сеть) для электровозов переменного тока данных конструкций было невыполнимо, до появления выпрямительно-инверторных преобразователей (ВИП).

Выпрямительно-инверторные преобразователи электроэнергии различных типов применяются на подвижном составе и предназначены для питания от источника электроэнергии постоянного тока потребителей переменного тока, представляющих собой нагрузку активного, активно-индуктивного, активно-емкостного, емкостного и двигательного характера. Кроме этого, различные преобразовательные агрегаты применяются для регулирования скорости асинхронных двигателей, которые широко стали применяться на подвижном составе ввиду простоты своей конструкции.

Невозможность плавного изменения скорости вращения ротора асинхронного двигателя считалась одним из основных недостатков этих двигателей. Еще одной трудностью является то, что для питания асинхронных двигателей подвижного состава необходимо преобразование постоянного тока в переменный, так как на вагонах электроснабжение осуществляется постоянным током. Однако в связи с разработкой и серийным выпуском электротехнической промышленностью тиристорных преобразователей частоты и напряжения стали создаваться регулируемые асинхронные электрические двигатели с характеристиками, не уступающими по своим показателям электрическим двигателям постоянного тока.

Для обеспечения этого на подвижном составе применяются сложные преобразователи, в которых происходит несколько преобразований параметров электрического тока, как, например, преобразователи типа ИН (инверторного типа), построенные по схеме двойного преобразования электроэнергии с промежуточными звеньями высокой частоты и постоянного тока (рисунок1).

Такая схема позволяет уменьшить массу и размеры преобразователя, снизить уровень шума и повысить коэффициент полезного действия.

Скорость вращения асинхронного электродвигателя можно регулировать при помощи изменения частоты питающего напряжения. Такой способ называется частотным и заключается в том, что, изменяя частоту питающего напряжения, можно изменять скорость двигателя, получая различные характеристики. Частотный способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а получаемые при этом характеристики обладают высокой жесткостью. Регулирование скорости в этом случае не сопровождается увеличением скольжения двигателя, поэтому потери мощности небольшие.

Для лучшего использования и получения высоких энергетических показателей работы асинхронного двигателя одновременно с частотой необходимо изменять и подводимое напряжение. изменение напряжения при этом зависит от характера момента нагрузки. При постоянном моменте нагрузки напряжение должно регулироваться пропорционально его частоте, т.е. отношение напряжения к частоте должно быть постоянным (U/f = const). При управлении двигателя по закону U/f = const скорость холостого хода двигателя изменяется пропорционально частоте напряжения, а критический момент практически остается неизменным или изменяется незначительно. Таким образом, для реализации частотного способа регулирования скорости должен использоваться преобразователь частоты (ПЧ), который позволяет также регулировать и напряжение на его статоре.

Функциональная схема ПЧ со звеном постоянного тока представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Функциональная схема ПЧ со звеном постоянного тока

Схема состоит из двух основных блоков: управляемого выпрямителя 1 и управляемого инвертора 3 с блоками управления. Напряжение сети преобразовывается в постоянное, которое может регулироваться в широких пределах с помощью системы управления. Выпрямленное напряжение подается на вход инвертора, который преобразует его в трехфазное напряжение с регулируемой частотой, поступающей на двигатель. Частота выходного напряжения регулируется с помощью системы управления в зависимости от входного сигнала управления.

Регулирование выходного напряжения преобразователей частоты может осуществляться несколькими способами. В ПЧ с непосредственной связью (без звена постоянного тока) оно осуществляется так же, как и в управляемых выпрямителях. Такое управление получило название фазового.

В ПЧ со звеном постоянного тока регулирование напряжения на нагрузке (обмотке статора) производится двумя способами — или с помощью специального регулятора напряжения, или самим инвертором.

Первый способ, в свою очередь, может быть реализован двумя путями — за счет использования управляемого (фазовое управление) или неуправляемого выпрямителя и размещенного между ним и инвертором широтно-импульсного преобразователя (ШИП). Этот способ называется амплитудным регулированием напряжения.

Достоинствами этого способа являются широкий диапазон регулирования напряжения и возможность использования для любого типа инвертора. Для второго способа характерно совмещение регулирования частоты и напряжения в самом инверторе, при этом управление тиристорами производится с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Для того чтобы лучше использовать и получать высокие энергетические показатели работы асинхронного двигателя одновременно с частотой необходимо изменять и подводимое напряжение. Для реализации частотного способа регулирования скорости необходимо использовать преобразователь частоты, который позволяет также регулировать и напряжение на его статоре.

Распространенной схемой преобразователя частоты с непосредственной связью (без звена постоянного тока) является схема (рисунок 3), состоящая из трех одинаковых комплектов тиристоров 2, 3, 4, обеспечивающих питание обмоток статора двигателя Za, Zb и Zc. Каждый из комплектов содержит шесть тиристоров, три из которых подсоединены анодами, а три — катодами к вторичной обмотке трансформатора 7. Так как общая точка трехфазной обмотки статора соединена с нулевой точкой трансформатора, то такая схема называется нулевой.

 

Оригинал публикации (Читать работу полностью):  Приминение электронных преобразователей на электроподвижном составе




Назад к списку


Добавить комментарий
Прежде чем добавлять комментарий, ознакомьтесь с правилами публикации
Имя:*
E-mail:
Должность:
Организация:
Комментарий:*
Введите код, который видите на картинке:*