ЭЛЕКТРОВОЗ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а точнее к электровозам с питанием от контактной сети постоянного тока 3 кВ.
Такой электровоз содержит токоприемник, ходовую часть, тяговые электродвигатели и электрооборудование для их регулирования [1].
Недостатки этих электровозов связаны с низким питающим напряжением. При большой мощности электровоза - до 10 МВт, -потребляемый им из контактной сети ток составляет более 3 кА, что требует большого сечения контактной сети и частого расположения тяговых подстанций.
Этот недостаток частично устранен в электровозе постоянного тока повышенного напряжения, который содержит токоприемник, ходовую часть с тяговыми электродвигателями и преобразовательное оборудование с трансформатором [2]. Это устройство может быть принято за прототип. Его недостаток связан с наличием тяжелого и сложного оборудования с трансформатором.
Техническим решением по данной полезной модели является то, что в ней предусмотрен регулируемый импульсный преобразователь постоянного тока, который включен между токоприемником и первичными обмотками трансформатора.
1
2
3
Сущность полезной модели показана на конкретном примере на фиг.1. Электровоз содержит токоприемник 1 с выключателем 2, к которому подключены силовые блоки импульсного преобразователя 3 и 4, выполненные на силовых транзисторах с высокой рабочей частотой и снабженные блоком управления 5 (генератор импульсов высокой частоты - 5…6 кГц). Блоки 3 и 4 подключены к первичным обмоткам W и Wтрансформатора 6. Направления включения этих обмоток противоположны (начало обмоток обозначено "•"). Встречно-параллельно транзисторам 3 и 4 подключены диоды 7 и 8. Выходная обмотка W трансформатора 6 нагружена на выпрямитель 9, положительный зажим которого через сглаживающий реактор 10 подключен к общей положительной шине 11 электровоза. Отрицательный зажим выпрямителя 14 подключен к общей отрицательной шине 12 электровоза. К шинам 11 и 12 подключены входы автономных инверторов АИ 13-1…13-6 (например, для 6-осного электровоза).
Каждый из этих инверторов подключен к своему тяговому асинхронному двигателю 14-1…14-6.
1
2
1
2
Электровоз работает следующим образом (см. также фиг.2). При помощи импульсных преобразователей (ключей) 3 и 4 модулированное напряжение 24 кВ поочередно прикладывается к обмоткам W и Wтрансформатора 6. Переключение ключей 3 и 4 и соответственно обмоток 7 и 8 реализуют с частотой  например 200 Гц. Тогда  с=2,5 мс. Этот сигнал показан на фиг.2, а; он промодулирован высокой частотой  с коэффициентом заполнения . На фиг.2, а показан пример с k=0,5. Таким образом, к обмотке W приложено среднее напряжение k·24 кВ=12 кВ. Среднее напряжение на обмотках показано на фиг.2, а штриховой линией. Аналогично после переключения ключей 3 и 4 аналогичное напряжение, но в обратном направлении, прикладывается к обмотке W. Таким образом в сердечнике трансформатора 6 возникает переменный магнитный поток Ф с основной частотой 200 Гц.
3
В выходной обмотке W трансформатора 6 наводится переменное напряжение 200 Гц (фиг.2, в). Затем оно выпрямляется выпрямителем 9 и через сглаживающий реактор 10 поступает на общие шины 11 и 12 электровоза. От них получают питание инверторы 13-1…13-6, формирующие трехфазное переменное напряжение (фиг.2,2) для асинхронных тяговых двигателей 14-1…14-6.
min
Пуск и регулирование электровоза осуществляются следующим образом. Пусть начальная скорость равна нулю. Поочередно включают импульсные ключи 3 и 4 с частотой 200 Гц и минимальным коэффициентом заполнения k=0,01-0,02.
При этом к инверторам от общих шин 11 и 12 прикладывается напряжение величиной около 20 В, и инверторы формируют трехфазное напряжение минимальной частоты 2-4 Гц, что обеспечивает плавный пуск электровоза.
АСДmax
Далее постепенно увеличивают k, соответственно увеличивая значение напряжения на входных зажимах инверторов, и пропорционально увеличивают частоту выходного напряжения инверторов, реализуя закон частотного регулирования. Для электровозов с конструктивной скоростью 120-140 км/ч целесообразно достижение предельных значений напряжения прикладываемого к тяговым двигателям, U=1200 В и частоты этого напряжения, равной 120-140 Гц. Величина напряжения регулируется импульсными ключами 3 и 4 при помощи блока управления 5, а частота этого напряжения - инверторами 13-1…13-6.
Рассмотренная полезная модель отличается простотой электрооборудования и возможностью плавного бесконтактного регулирования величины и частоты напряжения, прикладываемого к тяговым двигателям.
Источники информации, принятые во внимание при составлении полезной модели:
1. Тихомиров Б.Н., Трахтман Л.М. Подвижной состав электрических железных дорог. Учебник для вузов ж.-д. транспорта - 4-е издание, перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1980. - 471 с.
2. Тиристорное управление электрическим подвижным составом постоянного тока. Розенфельд В.Е., Шевченко В.В., Майбога В.А., Долаберидзе Г.П. Изд-во "Транспорт", 1970. 240 с.