Применение автономных инверторов в тяговом электроприводе с асинхронными и синхронными двигателями трехфазного тока

Схемы современного электроподвижного состава с автономными инверторами и асинхронными двигателями

Двухсекционный электровоз ВЛ80А с осевой формулой 2(20-20) мощностью 9600 кВт, конструкционной скоростью 110 км/ч, силой тяги в часовом режиме 447 кН, скоростью 72 км/ч (рис. 14.17) был первым магистральным локомотивом с бесколлекторным приводом (Россия).

Каждая секция электровоза оборудована четырьмя асинхронными тяговыми двигателями (АТД) мощностью 1200 кВт каждый. Два двигателя одной двухосной тележки получают питание от преобразователя частоты, состоящего из выпрямителя, LC-фильтра в контуре постоянного тока и двух автономных инверторов напряжения. Частота тока статора АТД задается системой управления инвертором с обратной связью по частоте вращения ротора и заданной частоте тока ротора: /j =/вр =/2. Напряжение статорной цепи регулируется примерно пропорционально частоте (Ux/f = const) посредством переключения числа витков вторичной обмотки трансформатора с помощью электрического группового контактора (ЭКГ) и плавного межступенчатого регулирования посредством тиристорных ветвей выпрямительных установок.

Схема ВИП электровоза ВЛ80А представляет собой трехфазную схему с общим на три фазы устройством принудительной конденсаторной коммутации, амплитудным способом регулирования напряжения и устройством заряда конденсаторов от отдельной вторичной обмотки трансформатора напряжением 900 В. Это устройство позволяет сохранять коммутирующую способность инвертора при больших пусковых токах и низком входном напряжении Ud.

240

Схема одной секции электровоза 2(2-2) ВЛ80А

Рис. 14.17. Схема одной секции электровоза 2(20-20) ВЛ80А:

ГВ — главный выключатель; Т — тяговый трансформатор ОЦР5600/25 (мощностью 5600 кВА, U2 = 2060 В; /2 = 2400 А); ВИУ-2х1200 — выпрямительно-инверторная установка (преобразователь частоты с промежуточным контуром постоянного тока); АИН1-АИН4 — автономные инверторы напряжения (мощностью 1200 кВт, Ux = 0+1450 B,/j = 0,5 + + 140 Гц, Uj = 0 + 1870 В); I, II, III, IV — асинхронные тяговые двигатели (АТД) НБ602 (Р= 1200 кВт, (/ф = 750 В, /ф = 680 A, coscp = 0,835, /1иом = 94 rn,/2lJ0M = 1 Гц, М = 8250 Нм, ц = 0,94, р = 4,4, т = 3900 кг, п = 1410 об/мин, 2р = 8); CPI, СР2 — сглаживающие реакторы РС32 (LH = 4 мГ, /н = 1850 А); ДС — датчик скорости; fpov /2, /, — соответственно частоты вращения ротора, тока в роторе, тока в статоре; СУ — схема управления; КМ — контроллер машиниста; КЗ — короткозамыкатели; LI, L2 — дроссели; Сф1—Сф2 — конденсаторы фильтра; Р1—Р6 — разъединители; ЭКГ — групповой переключатель

Конструктивно ВИП выполнен в виде шкафов с главными и коммутирующими тиристорами и обратными диодами, имеющими воздушное охлаждение. Первые образцы АМН для опытного электро- подвижного состава выполнялись на тиристорах с невысоким предельным током и низкого класса по напряжению, что требовало применять сложные схемы группового включения тиристоров. Это значительно снижало надежность АИН и технико-экономические показатели. Масса и размеры устройств принудительной конденсаторной коммутации были не менее массогабаритных показателей силовых тиристорных шкафов. По мере усовершенствования силовых тиристоров разработчики стремились сделать АИН с одним тиристором в плече.

Появление запираемых тиристоров (GTO) на предельные токи до 3 кА 45-го класса позволило совершить качественный скачок в создании АИН для электроподвижного состава, применить схему с одним тиристором в плече и отказаться от устройств принудительной конденсаторной коммутации. Это позволило существенно улучшить все показатели асинхронного тягового привода. Конфигурация высокоскоростного поезда ICE (Inter City Express) (рис. 14.18) может перестраиваться в результате изменения числа прицепных вагонов. В голове и хвосте поезда включается электровоз. Общая мощность двух электровозов в поезде 9600 кВт, максимальная скорость движения 250 км/ч. Масса шкафа одного ПЧ 3500 кг, объем 6 м3.

На базе рассмотренной концепции преобразовательной техники с АИН, обладающей высокой гибкостью реализации конкретного типа электроподвижного состава, созданы образцы многосистемного электрического подвижного состава на две, три и более системы тока в тяговой сети. Особенно важным для российских железных дорог является создание электроподвижного состава с АТД на две системы тока: однофазного переменного тока напряжением 25 кВ, 50 Гц (или 15 кВ, 16 2/3 Гц) и постоянного тока 3 кВ.

Двухсистемный электровоз серии 1822 Австрийских федеральных железных дорог (рис. 14.19) предназначен для выполнения перевозок в тяжелых условиях горных альпийских участков железных дорог. Он имеет следующие технические данные: мощность в тяговом режиме и в режиме рекуперативного торможения 4400 кВт, конструкционную скорость 140 км/ч, напряжение промежуточного кон-

(начало). Схемы электровоза (а) высокоскоростного поезда ICE с АТД и преобразователями частоты на GTO-тиристорах и преобразователя (б) частоты на GTO-тиристорах на ток 3500 А напряжением 4500 В

Рис. 14.18 (начало). Схемы электровоза (а) высокоскоростного поезда ICE с АТД и преобразователями частоты на GTO-тиристорах и преобразователя (б) частоты на GTO-тиристорах на ток 3500 А напряжением 4500 В:

ВВ — высоковольтный выключатель; Т — тяговый трансформатор; ПЧ1, ПЧ2 — преобразователь частоты; СД — сглаживающий дроссель; Р1 —Р4 — разъединители; AQS—4QS4 — четырехквадрантные преобразователи; Cl, С2, Сф1,Сф2- конденсаторы фильтра; Ll,L2 — дроссели; АИН1, АИН2 — автономные инверторы напряжения; ЬД1—1Д4 — дроссели тяговых двигателей; I—IV — асинхронные тяговые двигатели; ВПЧ1—ВПЧЗ — преобразователи частоты вспомогательных потребителей электровоза

(окончание)

Рис. 14.18 (окончание)

Схема силовых цепей двухсистемного электровоза серии 1822 железных дорог Австрии

Рис. 14.19. Схема силовых цепей двухсистемного электровоза серии 1822 железных дорог Австрии:

1а, 16 — главные выключатели для работы на переменном и постоянном токе; 2 — системный переключатель; 3 — тяговый (преобразовательный) трансформатор; 4 — четырехквадрантный преобразователь; 5 — входной дроссель; 6 — резонансный контур; 7 — конденсаторы фильтра; 8 — тормозные резисторы; 9 — автономные инверторы напряжения с ШИМ; 10 — АТД М1-М4; 11 — система отопления поезда; 12 — автономный инвертор бортовой сети

тура постоянного тока 3500 В. Преобразователь частоты состоит из входных преобразователей 4 QS, промежуточного контура постоянного тока и автономных инверторов напряжения с ШИМ. Особенностью является применение трехточечной схемы, которая характеризуется тем, что в промежуточной цепи доступна средняя точка. Благодаря этому можно реализовать схему последовательного соединения двух GTO тиристоров 45-го класса и обеспечить надежную работу АНН при питании от контактной сети постоянного тока с максимальным напряжением 4,2 кВ.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >