ТЯГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ЭЛЕКТРОВОЗА

Полезная модель относится к конструкции электрических приборов и устройств, в частности к конструкции силовых полупроводниковых преобразователей тяговых электроприводов электровозов с питанием от контактной сети постоянного тока и предназначена для преобразования постоянного напряжения контактной сети в две независимо регулируемых по частоте и напряжению трехфазных системы переменного тока, применяемых для раздельного питания двух асинхронных тяговых электродвигателей электровоза.
Известен трехфазный инвертор для электроподвижного состава, в общем шкафу которого установлены силовые модули инвертора, соответствующие каждой из трех фаз выходного питающего напряжения. Каждый силовой модуль содержит полупроводниковые переключающие модули, соединенные последовательно и образующие соответствующую фазу основной схемы инвертора; демпферные конденсаторы, образующие демпферные схемы переключающих модулей; охладители тепловыделяющих узлов, включая переключающие модули; выводы для подсоединения к внешней схеме: каркас, в котором смонтированы перечисленные составляющие силового модуля. Переключающие модули закреплены на одних поверхностях радиаторных панелей, другие поверхности которых соединены через тепловую цепь с охладителями, расположенными вне общего шкафа. Каркас выполнен съемным относительно общего шкафа. Демпферные конденсаторы закреплены с двух сторон от переключающих модулей. (JP, Патент №3271059 «Трехфазный инвертор для электроподвижного состава», Класс H02M 7/48, опубл. 02.04.2002).
Недостатками известного трехфазного инвертора являются: его большие массо-габаритные показатели, обусловленные применением естественной вентиляции с использованием тепловых труб с низкой механической прочностью тепловых труб, обусловленной консольным креплением их относительно радиаторных панелей. Из-за удаленного расположения от IGBT-модулей силовых конденсаторов конструкция инвертора не обеспечивает низкую индуктивность силовой ошиновки, поэтому для исключения перенапряжений на IGBT-модулях при отключении токов короткого замыкания из-за большой индуктивности ошиновки в схеме устанавливают дополнительные дорогостоящие снабберные конденсаторы и низкоиндуктивные резисторы, которые также увеличивают габаритные размеры инвертора.
За прототип принимаем известный тяговый преобразователь (Люттин Т., Покровский С.В. Унифицированные многосистемные преобразователи нового поколения для электровозов с асинхронными тяговыми двигателями. Железные дороги мира. №5. с 31-38) для электровозов Mitrac TC3300 фирмы Bombardier, предназначенный для установки на электровозы с питанием от контактной сети как постоянного, так и переменного тока, состоящий из отсека охлаждения, содержащего вентилятор, раздающий и собирающий коллекторы, а так же силового отсека, содержащего одинаковые соединенные патрубками с раздающим и собирающим коллекторами жидкостные охладители с переключающими модулями, соединенными посредством низкоиндуктивной ошиновки и образующими фазы двух трехфазных автономных инверторов, входами «+» и «-» подключенные к соответствующим выводам батареи конденсаторов, снабженной зажимами для связи с контактной сетью, выходы которых предназначены для подключения к фазным выводам двух трехфазных электродвигателей, и два тормозных регулятора, входами «+» и «-» подключенные к соответствующим выводам батареи конденсаторов, выходы которых предназначены для подключения к тормозным резисторам. Кроме того, в отсеке охлаждения установлены основной и средства для установки дополнительного воздушно-жидкостного теплообменника, основной и средства для установки дополнительного гидронасоса. В силовом отсеке на двух жидкостных охладителях расположено по двенадцать переключающих IGBT модулей, образующих два трехфазных инвертора, а на третьем четыре переключающих IGBT модуля и два диодных модуля, образующих два тормозных переключателя.
Недостатками известного тягового преобразователя являются наличие в отсеке охлаждения средств для установки дополнительного воздушно-жидкостного теплообменника и дополнительного гидронасоса, предназначенных для охлаждения тягового трансформатора при установке его на электровозы переменного тока, что при установке на электровозы постоянного тока ведет к увеличению его габаритов, массы и стоимости.
Другим недостатком известного тягового преобразователя является то, что на третьем жидкостном охладителе, предназначенном для размещения двенадцати переключающих модулей, расположено всего шесть модулей, а места еще для шести модулей остаются пустыми, что так же ведет к увеличению его габаритов, массы и стоимости.
Кроме того, недостатком известного тягового преобразователя является низкая ремонтопригодность, т.к. для замены одного переключающего IGBT модуля требуется демонтаж всего охладителя, содержащего 12 переключающих IGBT модулей, ошиновки всех 12 модулей и трех подводящих кабелей.
Техническим результатом полезной модели является создание компактного асинхронного тягового электропривода для электровозов с питанием от контактной сети постоянного тока с уменьшением габаритов, массы и цены изделия, уменьшение объема демонтажа, монтажа и времени при замене переключающего IGBT модуля, повышение ремонтопригодности тягового преобразователя, расширение арсенала технических средств в области тягового электрооборудования на подвижном составе.
Указанный технический результат достигается тем, что в тяговом преобразователе для электровоза, состоящего из отсека охлаждения, содержащего вентилятор, раздающий и собирающий коллекторы, а так же силового отсека, содержащего соединенные патрубками с раздающим и собирающим коллекторами одинаковые жидкостные охладители с переключающими модулями, посредством ошиновки соединенными попарно параллельно и попарно последовательно и образующими фазы двух трехфазных автономных инверторов, входами «+» и «-» и подключенных к соответствующим выводам батареи конденсаторов, снабженной зажимами для связи контактной сетью, выходы которых предназначены для подключения к фазным выводам двух трехфазных электродвигателей и два тормозных регулятора, входами «+» и «-» подключенных к соответствующим выводам батареи конденсаторов, выходы которых предназначены для подключения к тормозным резисторам. В отсеке охлаждения содержатся один воздушно-жидкостный теплообменник и один гидронасос. В силовом отсеке на шести жидкостных охладителях расположено по четыре переключающих модуля, образующих фазы инверторов, а на двух жидкостных охладителях расположено по два переключающих модуля и по одному диоду образующих тормозные регуляторы.
На фиг.1 изображена гидравлическая схема тягового преобразователя.
На фиг.2 изображена электрическая схема тягового преобразователя.
На фиг.3 изображена схема трехфазного инвертора, показанного на фиг.2.
На фиг.4 изображена схема тормозного регулятора, показанного на фиг.2.
На фиг.5 показано конструктивное расположение составных частей тягового преобразователя.
Тяговый преобразователь для электровозов, состоит из отсека охлаждения 1 (фиг.1, 2, 3, 4, 5), содержащего вентилятор 2, раздающий 3 и собирающий 4 жидкостные коллекторы, а так же силового отсека 5, содержащего соединенные патрубками 6 с раздающим 3 и собирающим 4 коллекторами одинаковые жидкостные охладители 7. На жидкостных охладителях 7 установлены переключающие IGBT модули 8, посредством низкоиндуктивной ошиновки 9, соединенные попарно параллельно и попарно последовательно и образующие фазы 10 двух трехфазных автономных инверторов 11, подключенных входами «+» и «-» к соответствующим выводам батареи конденсаторов 12, снабженной зажимами 13 и 14 для связи с контактной сетью (на чертеже не показано), выходам подключенных к фазным выводам двух трехфазных электродвигателей 15, и два тормозных регулятора 16, входами «+» и «-» подключенных к соответствующим выводам батареи конденсаторов 12, а выходами подключенных к тормозным резисторам 17. В отсеке охлаждения 1 содержатся один воздушно-жидкостный теплообменник 18 и один гидронасос 19. На шести жидкостных охладителях 7 расположено по четыре переключающих IGBT модуля 8, образующих фазы 10 двух трехфазных инверторов 11 (фиг.3). На двух жидкостных охладителях 7 расположено по два переключающих IGBT модуля 8 и по одному диодному модулю 20, образующих два тормозные регуляторы 16 (фиг.4).
Тяговый преобразователь работает следующим образом: напряжение контактной сети прикладывается к обкладкам батареи конденсаторов 12, заряжая их, и к входам «+» и «-» инверторов 11. Переключающие IGBT модули 8 переключаются по закону синусоидальной широтно-импульсной модуляции формируя в обмотках электродвигателей 15 две трехфазные синусоидальные системы напряжений и токов. В зависимости от фазы формируемого тока относительно напряжения на валах электродвигателей 15 формируется тяговый или тормозной момент. Переключающие IGBT модули 8 тормозных регуляторов 16 постоянно выключены. При этом в режиме тяги ток потребляется инверторами 11 из контактной сети, а в режиме торможения отдается в контактную сеть. При невозможности потребления тока контактной сетью в режиме торможения ток отдается инверторами 11 в батарею конденсаторов 12, подзаряжая ее. При превышении напряжением на батарее конденсаторов 12 допустимой величины переключающие IGBT модули 8 тормозных регуляторов 16 начинают переключаться с постоянной частотой. Через тормозные резисторы 17 начинает протекать ток. Длительность включенного состояния переключающих IGBT модулей выбирается такой, чтобы напряжение на конденсаторной батарее 12 не превышало допустимой величины. В результате протекания тока по переключающим IGBT модулям 8, а так же при переключении из непроводящего состояния в проводящее и обратно в них выделяется энергия в виде тепла, которое передается жидкостным охладителям 7. Гидронасосом 19 охлаждающая жидкость прокачивается через охладители 7 и воздушно-жидкостный теплообменник 18, который обдувается окружающим воздухом с помощью вентилятора 2. Жидкость, нагреваясь в охладителях 7, отбирает от них тепло и, охлаждаясь в воздушно-жидкостном теплообменнике 18, отдает его в окружающую среду. Что обеспечивает необходимый тепловой режим переключающих IGBT модулей 8.
Таким образом, установка в отсеке охлаждения 1 одного воздушно-жидкостного теплообменника 18 и одного гидронасоса 19 без средств для установки дополнительных теплообменника и гидронасоса, предназначенных для охлаждения тягового трансформатора в электровозах с питанием от контактной сети переменного тока, а так же расположение на двух жидкостных охладителях 7 по два переключающих IGBT модуля 8 и по одному диодному модулю 20, образующих тормозные регуляторы 16, позволяет в электровозах с питанием от сети постоянного тока уменьшить габариты, массу и стоимость тягового преобразователя, т.е создать более компактный тяговый электропривод.
Кроме того, расположение на жидкостных охладителях 7 по четыре переключающих IGBT модуля 8, при замене модуля 8 требует демонтажа меньшего по размеру охладителя, содержащего четыре модуля вместо двенадцати у известного преобразователя, демонтажа низкоиндуктивной ошиновки 9 четырех модулей вместо двенадцати и одного подводящего кабеля вместо трех и их монтажа, что ведет к уменьшению затрат времени на ремонт и повышению ремонтопригодности.