СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ ПРИ РЕКУПЕРАТИВНОМ ТОРМОЖЕНИИ ЭЛЕКТРОВОЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD TO INCREASE POWER RATIO IN RECUPERATIVE BRAKING OF ELECTRIC LOCOMOTIVE AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к устройствам генерации электроэнергии, а точнее к устройствам, обеспечивающим режим рекуперативного торможения электровоза с возвратом энергии в электрическую сеть переменного тока.
Известны электровозы ВЛ-80р, ВЛ-85, ВЛ-65, например (Б.А.Тушканов, Н.Г.Пушкарев, Л.А.Позднякова и др. Электровоз ВЛ-85. Руководство по эксплуатации. М., 1992, 480 с.), в которых применяется тиристорный выпрямительно-инверторный преобразователь, подключенный при рекуперации к блоку балластных резисторов и якорю тягового двигателя. Недостатком схемы данных электровозов является малый коэффициент мощности в режиме рекуперации (не более 65%), а также высокая рассеиваемая мощность на блоке балластных резисторов.
Известны электровозы ЭП-1, Ермак, например (Электровоз ЭП-1. Руководство по эксплуатации, т.1., Ростов на Дону, 2006, 540 с.), являющийся наиболее близким аналогом (прототипом), отличающийся в режиме рекуперации от электровозов ВЛ-80р и ВЛ-85 тем, что в цепи якорей тяговых электродвигателей последовательно с ними включены диоды для исключения контурных токов двух тяговых электродвигателей. Недостатком схемы данных электровозов является малый коэффициент мощности в режиме рекуперации (не более 65%), а также высокая рассеиваемая мощность на блоке балластных резисторов.
Предлагаемый способ повышения коэффициента мощности заключается в том, что в моменты, когда в сети наблюдается высокое амплитудное напряжение, часть балластных резисторов блока балластных резисторов шунтируется управляемым транзисторным ключом. При этом увеличивается ток первичной сети и повышается коэффициент мощности.
Предлагаемое устройство (схема электровоза в режиме рекуперации в сеть - Фиг.1) состоит из тиристорного выпрямительно-инвертирующего преобразователя 2, запитанного от трансформатора напряжения 1, блока балластных резисторов 3, состоящих из резисторов 4, ключей 5, шунтирующих часть балластных резисторов, диодов 6, двигателей 7, включающих в себя обмотку возбуждения 8 и якорь 9, сглаживающего реактора (дросселя) 10, выпрямительной установки возбуждения 11, схемы управления шунтированием 12. Ключи 5 шунтируют часть балластных резисторов 4, при этом балластный резистор должен быть выполнен в виде двух или более последовательно включенных резисторов, один или более из которых должен быть включен параллельно с шунтирующим ключом.
Второй вариант шунтирования балластных резисторов показан на Фиг.2. В этом случае балластный резистор состоит из двух или более параллельно включенных резисторов, один или более из которых включается шунтирующим ключом.
Трансформатор 1 подключен к сети переменного тока через токоприемник (пантограф) 13.
На Фиг.3 показаны временные диаграммы сетевого напряжения Uсети, тока сети Iсети (R=const) в режиме рекуперации при отсутствии шунтирования части балластных резисторов, который реализуется в штатной схеме описанных выше электровозов ВЛ-80р, ВЛ-85, ВЛ-65, ЭП-1, тока сети Iсети(предл. вариант) при шунтировании части блока балластных резисторов, напряжения управления ключами Uупр.кл.(1=замк., 0=разомк.).
Работа штатной схемы электровозов ВЛ-80р, ВЛ-85, ВЛ-65, ЭП-1 без шунтирования части балластных резисторов заключается в следующем (Фиг.1, Фиг.3): выпрямительная установка возбуждения 11 подает на обмотку возбуждения 8 тяговых электродвигателей 7 ток, близкий к постоянному току. При постоянной скорости вращения двигателей и постоянном токе обмотки возбуждения цепь якоря 9 тягового электродвигателя представляет собой генератор постоянного напряжения. Напряжение подается через диод 6 и балластный резистор 4 блока балластных резисторов 3, сглаживающий реактор 10, на тиристорный выпрямительно-инвертирующий преобразователь 2. Диоды 6 предназначены для исключения контурных токов двух тяговых электродвигателей, балластные резисторы 4 - для ограничения тока в режиме рекуперации. Особенностью работы тиристорного выпрямительно-инвертирующего преобразователя 2 в режиме инвертирования является то, что переключение тока сети должно осуществляться за некоторое время до перехода напряжения через ноль (Фиг.3), что приводит к малому коэффициенту мощности в режиме рекуперации (не более 65% для электровозов ВЛ-80р, ВЛ-85, ВЛ-65, ЭП-1) и, соответственно, малому КПД.
Работа предлагаемой схемы отличается от работы штатной схемы электровозов ВЛ-80р, ВЛ-85, ВЛ-65, ЭП-1 следующим: схема управления шунтированием 12 анализирует напряжение сети и в моменты высокого амплитудного напряжения Uсети формирует сигнал управления ключами Uупр.кл.(1=замк., 0=разомк.). В результате ключи 5 замыкаются, часть балластных резисторов 4 шунтируется, что увеличивает ток в сети именно в моменты, когда напряжение превышает некоторый уровень. Это приводит к увеличению коэффициента мощности и КПД.
Схема управления шунтированием 12 также может анализировать напряжение перехода через ноль, и с помощью ключей 5 шунтировать часть балластного резистора в диапазоне времени 30-150 электрических градусов от момента перехода напряжения сети через ноль.
В качестве ключей могут быть применены IGBT транзисторы (транзисторные модули) либо модули на полевых транзисторах.
Техническим результатом является повышение коэффициента мощности в режиме рекуперативного торможения до 80% и повышение КПД преобразователя.
Список источников
1. Б.А.Тушканов, Н.Г.Пушкарев, Л.А.Позднякова и др. Электровоз ВЛ-85. Руководство по эксплуатации. М., 1992, 480 с.
2. Электровоз ЭП-1. Руководство по эксплуатации, т.1., Ростов-на-Дону, 2006, 540 с.