Способ управления рекуперативным торможением железнодорожного электроподвижного состава с входным однофазным широтно-импульсным преобразователем напряжения
CONTROL METHOD OF RECUPERATIVE BRAKING OF RAILWAY ROLLING STOCK WITH INPUT SINGLE-PHASE WIDTH-PULSE VOLTAGE CONVERTER

Изобретение относится к железнодорожной технике, в частности, к управлению рекуперативным торможением электроподвижного состава (ЭПС), получающего питание от сети однофазного переменного тока и использующего для преобразования параметров электрической энергии однофазные преобразователи напряжения с широтно-импульсной модуляцией.
Известен способ управления рекуперативным торможением ЭПС с тяговыми электродвигателями переменного тока, в частности асинхронными, получающих питание от контактной сети переменного тока и использующих для преобразования питающего напряжения однофазные преобразователи с широтно-импульсной модуляцией (4-х квадрантные преобразователи), заключающийся в том, что угол запаздывания основной гармоники рекуперативного тока от основной гармоники напряжения на токоприемнике поддерживается постоянным и равным 180 электрических градусов (Литовченко В.В. 4q-S-четырехквадрантный преобразователь электровозов переменного тока (принцип работы, анализ и экспериментальные исследования), Известия ВУЗов, Электромеханика, 2000 г., №3, с. 70-71, рис. 10а) - прототип.
Известное решение позволяет осуществлять непрерывное поддержание заданной тормозной силы при наличии на токоприемнике напряжения, величина которого находится внутри пределов по ГОСТ 6962-75 - «Транспорт электрифицированный с питанием от контактной сети. Ряд напряжений», и близкого к единице коэффициента мощности в широком диапазоне изменения нагрузки. В этом же стандарте определено наибольшее допускаемое значение напряжения 29 кВ на токоприемниках ЭПС при любых эксплуатационных условиях, за исключением коммутационных режимов.
Устройство для реализации указанного известного способа представлено, например, в источнике информации - Широченко Ю.Н. Совершенствование системы управления входным преобразователем двухсистемного электровоза с асинхронными тяговыми двигателями. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук, МГУПС, 2010 г., с. 14-16.
Недостатком известного решения является то, что напряжение на токоприемнике при рекуперации может быстро достигать наибольшего допускаемого значения. В этом случае происходит либо переход на реостатное торможение, либо отключение рекуперации и переход в режим выбега с последующим восстановлением режима рекуперации при снижении напряжения.
Переход на реостатное торможение сопряжен с большими потерями электроэнергии в тормозных резисторах. Временное отключение режима рекуперации снижает эффективность торможения.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение продолжительности рекуперативного торможения, а также уменьшение величины реактивного тока в контактной сети.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе управления рекуперативным торможением электроподвижного железнодорожного состава с входным однофазным широтно-импульсным преобразователем напряжения, при котором угол запаздывания основной гармоники рекуперативного тока от основной гармоники напряжения на токоприемнике устанавливают и поддерживают равным 180 электрических градусов, после увеличения напряжения на токоприемнике до наибольшего допускаемого значения, угол запаздывания основной гармоники рекуперативного тока от основной гармоники напряжения на токоприемнике ЭПС изменяют до значения, исключающего превышение напряжения на токоприемнике наибольшего допускаемого значения, и стабилизируют на установленном уровне, например, автоматически.
Способ, характеризующийся тем, что угол запаздывания основной гармоники рекуперативного тока от основной гармоники напряжения на токоприемнике ЭПС регулируют в диапазоне от 180 до 270 электрических градусов.
Рекуперативное торможение железнодорожного подвижного состава (электровозов и электропоездов) - это торможение, осуществляемое посредством электродинамического тормоза, при котором высвобождаемая при переводе тяговых электродвигателей в генераторный режим электрическая энергия передается в контактную сеть.
При изменении угла запаздывания основной гармоники тока ЭПС от основной гармоники напряжения на токоприемнике в пределах от нуля до 90 электрических градусов и от 270 до 360 электрических градусов ЭПС работает в тяговом режиме; при изменении этого угла запаздывания в пределах от 90 до 180 электрических градусов и от 180 до 270 электрических градусов ЭПС работает в режиме электродинамического, в частности рекуперативного, торможения.
Авторами проведены исследования по влиянию изменения угла запаздывания основной гармоники рекуперативного тока от основной гармоники напряжения на токоприемнике ЭПС в большую или меньшую сторону от значения 180 электрических градусов, т.е. в диапазоне от 90 до 180 электрических градусов и от 180 до 270 электрических градусов (угол запаздывания увеличивают или уменьшают), при увеличении напряжения на токоприемнике.
При таком изменении угла запаздывания (увеличение или уменьшение), напряжение на токоприемнике уменьшается и, как следствие, исключается возможность превышения оговоренного в ГОСТ 6962-75 уровня допускаемого напряжения и срыва рекуперативного торможения. Однако такое уменьшение напряжения сопряжено с появлением реактивной составляющей основной гармоники рекуперируемого ЭПС тока. При уменьшении угла запаздывания (от 90 до 180 электрических градусов) реактивная составляющая основной гармоники рекуперируемого ЭПС приобретает индуктивный характер, при увеличении (от 180 до 270 электрических градусов) - емкостной. Реактивная составляющая тягового тока сопутствующих единиц ЭПС с коллекторными двигателями и выпрямительно-инверторными преобразователями, находящихся на той же межподстанционной зоне, имеет индуктивный характер. Наличие емкостного тока рекуперирующего ЭПС с однофазными преобразователями напряжения с широтно-импульсной модуляцией частично или даже полностью компенсирует вышеуказанную реактивную составляющую тягового тока и, следовательно, уменьшает потери мощности в контактной сети.
Предложенный новый способ управления рекуперативным торможением железнодорожного электроподвижного состава с входным однофазным широтно-импульсным преобразователем напряжения возможно реализовать, например, на базе известной системы автоматического регулирования, поддерживающей заданное значение регулируемой величины, в данном случае напряжения на токоприемнике ЭПС («Проектирование систем управления электроподвижным составом. Под ред. Н.А. Ротанова, М., Транспорт, 1986 г., разделы 6.5 и 6.6).
Таким образом, при увеличении напряжения на токоприемнике рекуперирующего ЭПС, угол запаздывания основной гармоники рекуперативного тока от основной гармоники напряжения плавно увеличивают свыше 180 электрических градусов и автоматически стабилизируют на уровне, исключающем превышение напряжения на токоприемнике наибольшего допустимого напряжения.