ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТЯГОВОГО АГРЕГАТА

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности, к машиностроению железнодорожного транспорта.
В открытых горных разработках, в которых используется железнодорожный транспорт, железнодорожные пути могут иметь большие подъемы (до 60 градусов). Для перемещения грузов в таких горных разработках используются так называемые тяговые агрегаты. Тяговые агрегаты это двух- или трехсекционные локомотивы, состоящие из электровоза управления и одного или двух тяговых думпкаров (вагонов-самосвалов). Электровоз управления и тяговые думпкары оборудованы одинаковыми тяговыми двигателями. Наличие в таких локомотивах тяговых думпкаров позволяет увеличить в два-три раза сцепной вес локомотивов, и соответственно, позволяет включать в поезда большее количество груженых вагонов.
Известен тяговый агрегат типа ПЭ2-У, который предназначен для эксплуатации на железнодорожных путях открытых горных разработках (смотреть «АГРЕГАТ ТЯГОВЫЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА БЕЗ АВТОНОМНОГО ПИТАНИЯ ТИПА ПЭ2-У. Руководство по эксплуатации РЭ1. Описание и работа». - 1994.), и который состоит из электровоза управления и двух тяговых думпкаров.
Электрическая система тягового агрегата типа ПЭ2-У содержит тяговые двигатели, блок тормозных резисторов, блок аккумуляторных батарей, зарядное устройство аккумуляторных батарей, которое содержит генератор и электродвигатель и дает на выходе постоянный ток напряжением 50 В. Постоянный ток напряжением 50 В с выхода зарядного устройства аккумуляторных батарей подается на питание блока аккумуляторных батарей, а также на питание различных электроприборов, которые необходимы для нормального функционирования тягового агрегата (например, устройства радиосвязи, устройства навигации, устройства светотехнического оборудования, устройства управления и т.п.). Источником питания электрической системы тягового агрегата типа ПЭ2-У является контактная сеть электрифицированной железной напряжением постоянного тока 1500 В или 3000 В.
Электровоз управления и тяговые думпкары имеют по четыре тяговых двигателя, каждый из тяговых двигателей приводит во вращение одну колесную пару. Колесные пары расположено на колесных тележках - на каждой колесной тележке расположены две колесные пары, и, соответственно, расположены два тяговых двигателя. Тяговые двигатели, расположенные на одной колесной тележке, всегда электрически соединены между собой последовательно, образуя пару соединенных тяговых двигателей (далее под термином «пара соединенных тяговых двигателей» будет пониматься два тяговых двигателя, расположенных на одной колесной те лежке, и электрически соединенных последовательно). Поэтому важной особенностью питания тяговых двигателей является то, что питание подается на пару соединенных тяговых двигателей.
Тяговый агрегат типа ПЭ2-У может двигаться в случае питания от контактной сети железной напряжением постоянного тока 1500 В с максимальной скоростью 14 км/ч, в случае питания от контактной сети железной напряжением постоянного тока 3000 В - до 30 км/час. Переход тягового агрегата на питание от контактной сети с одним напряжением на контактную сеть с другим напряжением, осуществляется путем последовательного (для напряжения 3000 В) или параллельного (для напряжения 1500 В) включение пар соединенных тяговых двигателей. Регулировка мощности и скорости тягового агрегата осуществляется регулированием силы постоянного тока, который подается на питание каждой пары соединенных тяговых двигателей.
Для торможения тягового агрегата типа ПЭ2-У можно использовать такой вид торможения как электродинамический (реостатное) торможение - в случае необходимости торможения тяговые двигатели переключают в режим генерации тока, при этом электрический ток, вырабатываемый тяговыми двигателями при электродинамическом торможении, подается в блок тормозных резисторов, где он поглощается тормозными резисторами, при этом электрическая энергия расходуется на нагрев тормозных резисторов. Сила электродинамического торможения регулируется путем включения в электрическую цепь и выключения из электрического цепи тормозных резисторов в блоке тормозных резисторов. Таким же образом регулируется сила тяги (и соответственно скорость) при разгоне и движении тягового агрегата.
Недостатками известной электрической системы тягового агрегата является сложность управления работой тягового агрегата, значительные потери электрической энергии как во время разгона тягового агрегата, так и во время его электродинамического торможения, невозможность точного регулирования мощности тягового агрегата и точного регулирования мощности отдельного тягового двигателя, низкая надежность работы тягового агрегата.
Сложность управления работой тягового агрегата и значительные потери электрической энергии как во время разгона тягового агрегата, так и во время его электродинамического торможения, возникают из-за того, что регулирование мощности тягового агрегата осуществляется путем включения в электрическую цепь и выключения из электрического цепи резисторов в блоке тормозных резисторов - поэтому возникает необходимость в большом количестве выключателей и переключателей, а использование резисторов для регулировки параметров тока, подаваемого на питание пары соединенных тяговых двигателей, приводит к значительным потерям электроэнергии, которая расходуется на нагрев резисторов как во время разгона тягового агрегата, так и при электродинамическом торможении тягового агрегата.
Невозможность точного регулирования мощности тягового агрегата связана с тем, что при заявленных номинальных значениях напряжения постоянного тока в контактной сети электрифицированной железной дороги в 1500 В реальная величина напряжения постоянного тока может колебаться в пределах от 1000 В до 2000 В, при номинальном значении напряжения в 3000 в - реальная величина напряжения постоянного тока может колебаться от 2100 до 4100 В. Такие колебания величины напряжения постоянного тока в контактной сети могут приводить к значительным колебаниям тяги, которую развивают тяговые двигатели, что соответственно тоже увеличивает потери электроэнергии.
Невозможность точного регулирования мощности отдельного тягового двигателя связана с тем, что тяговые двигатели, расположенные на одной колесной тележке, всегда электрически соединены последовательно, и, в зависимости от напряжения в контактной сети железной дороги, всегда будет последовательное или параллельное включение пар соединенных тяговых двигателей на питание от контактной сети железной дороги - соответственно регулирование тяги можно осуществлять только для группы тяговых двигателей.
Невозможность точного регулирования величины тяги отдельного тягового двигателя приводит к тому, что в случае необходимости резкого уменьшения силы тяги одного тягового двигателя (например, в случае буксования или юза колес тягового агрегата) нужно будет значительное уменьшить силу тяги всего тягового агрегата. Кроме того, в случае выхода из строя обмотки одного из тяговых двигателей не будет работать и второй тяговый двигатель. Поэтому в случае выхода из строя всего одного из четырех тяговых двигателей электровоза управления или тягового думпкаров, максимально возможная тяга электровоза управления или тягового думпкаров сразу уменьшается на 50 процентов.
Задачей полезной модели является усовершенствование электрической системы тягового агрегата путем изменения элементов электрической системы.
Задача решается электрической системой тягового агрегата, причем тяговый агрегат состоит из электровоза управления и по крайней мере одного тягового думпкара, которая содержит тяговые двигатели, по крайней мере один блок тормозных резисторов, блок аккумуляторных батарей, первую группу тяговых преобразовательно-регулирующих блоков, которая включает в себя по крайней мере два тяговых преобразовательно-регулирующих блока, вторую группу тяговых преобразовательно-регулирующих блоков, которая включает в себя по крайней мере два тяговых преобразовательно-регулирующих блока, причем каждый из тяговых преобразовательно-регулирующих блоков выполнен таким, что имеет два независимых друг от друга выхода, предназначенных для независимого питания постоянным током двух тяговых двигателей и регулировки оборотов этих тяговых двигателей путем изменения величины силы постоянного тока, по крайней мере один блок входного фильтра, который предназначен для распределения электрического тока от тяговых двигателей, который вырабатывается тяговыми двигателями в режиме электродинамического торможения, первый блок питания вспомогательного оборудования, второй блок питания вспомогательного оборудования, по крайней мере один инверторный блок питания и управления электродвигателем во вспомогательном оборудовании, по крайней мере один инверторный блок питания для электроприборов, который выполнен таким, что имеет первый выход, который предназначен для питания трехфазным переменным током напряжением 380-400 В, и имеет второй выход, который предназначен для питания однофазным переменным током напряжением 210-230 В, блок питания аккумуляторных батарей, который выполнен таким, что имеет первый выход, который предназначен для питания блока аккумуляторных батарей постоянным током напряжением 55-65 В, имеет второй выход, который предназначен для питания постоянным стабилизированным током напряжением 48-50 В, и имеет третий выход, который предназначен для питания постоянным током напряжением 24 В, причем входы всех тяговых преобразовательно-регулирующих блоков, вход первого блока питания вспомогательного оборудования и вход второго блока питания вспомогательного оборудования связаны между собой, выходы тяговых преобразовательно-регулирующих блоков связаны со входами тяговых двигателей таким образом, что каждый из выходов тяговых преобразовательно-регулирующих блоков связан со входом одного из тяговых двигателей и питание каждого из тяговых двигателей является независимым от питания другого тягового двигателя, вход каждого из тягового двигателей связан со входом блока входного фильтра, первый выход блока входного фильтра связан со входом первого блока питания вспомогательного оборудования, второй выход блока входного фильтра связан со входом блока тормозных резисторов, выходы первого блока питания вспомогательного оборудования и второго блока питания вспомогательного оборудования связаны между собой и со входами инверторного блока питания и управления электродвигателем во вспомогательном оборудовании, инверторного блока питания для электроприборов и блока питания аккумуляторных батарей, первый выход блока питания аккумуляторных батарей связан со входом блока аккумуляторных батарей.
Кроме того, электрическая система тягового агрегата может содержать микропроцессорный блок управления, который управляет элементами электрической системы тягового агрегата, основную цифровую шину CAN, дублирующую цифровую шину CAN, пульт управления с органами управления электронного типа, причем пульт управления с органами управления электронного типа связан линией передачи сигналов с микропроцессорным блоком управления, основная цифровая шина CAN и дублирующая цифровая шина CAN связывают между собой каждый из тяговых преобразовательно-регулирующих блоков, блок входного фильтра, первый блок питания вспомогательного оборудования, второй блок питания вспомогательного оборудования, инверторный блок питания и управления электродвигателем во вспомогательном оборудовании, инверторный блок питания для электроприборов, блок питания аккумуляторных батарей и микропроцессорный блок управления.
Кроме того, электрическая система тягового агрегата содержать по крайней мере один датчик вращения колеса тягового агрегата, связан с основной цифровой шиной CAN и дублирующей цифровой шиной CAN, микропроцессорный блок управления включает в себя блок электронного скоростемера и блок противодействия буксования и юза колес тягового агрегата.
Кроме того, микропроцессорный блок управления может быть выполнен таким, что включает в себя блок диагностирования элементов электрической системы тягового агрегата.
Кроме того, каждый из таких элементов электрической системы тягового агрегата как тяговый преобразовательно-регулирующий блок, блок входного фильтра, блок питания вспомогательного оборудования, инверторный блок питания и управления электродвигателем во вспомогательном оборудовании, инверторный блок питания для электроприборов, может быть выполнен таким, что включает в себя автономную систему управления и диагностики.
Кроме того, первый блок питания вспомогательного оборудования, второй блок питания вспомогательного оборудования и инверторный блок питания и управления электродвигателем во вспомогательном оборудовании могут быть выполнены такими, что при подаче на вход первого блока питания вспомогательного оборудования и второго блока питания вспомогательного оборудования постоянного тока напряжением 1000-4100 В напряжение постоянного тока на выходах первого блока питания вспомогательного оборудования и второго блока питания вспомогательного оборудования является стабильным и составляет 600-625 В, напряжение трехфазного переменного тока на выходах инверторного блока питания и управления электродвигателем во вспомогательном оборудовании является стабильным и составляет 380-400 В.
Кроме того, каждый из тяговых преобразовательно-регулирующих блоков может быть выполнен таким, что содержит два одинаковых тяговых преобразователя, входы тяговых преобразователей связаны со входом тягового преобразовательно-регулирующего блока, выход первого тягового преобразователя связан с первым выходом тягового преобразовательно-регулирующего блока, выход второго тягового преобразователя связан со вторым выходом тягового преобразовательно-регулирующего блока, причем тяговые преобразователи выполнены такими, что величина напряжения постоянного тока на выходах тяговых преобразователей зависит только от величины тяги, которая задавается, и является стабильной при подаче на вход тягового преобразовательно-регулирующего блока постоянного тока напряжением 1000-4100 В.
Кроме того, по крайней мере один из тяговых преобразовательно-регулирующих блоков может быть выполнен таким, что каждый из выходов тягового преобразовательно-регулирующего блока включает в себя выход для питания обмотки возбуждения тягового двигателя и выход для питания обмотки якоря тягового двигателя.
Кроме того, тяговый преобразовательно-регулирующий блок может быть выполнен таким, что может осуществлять питание тягового двигателя в режиме последовательного возбуждения тягового двигателя или в режиме параллельного возбуждения тягового двигателя или в режиме независимого возбуждения тягового двигателя.
Кроме того, блок входного фильтра может быть выполнен таким, что способен рекуперировать избыток электрической энергии, которая вырабатывается тяговыми двигателями в режиме электродинамического торможения и не использована электрической системой тягового агрегата, в контактную сеть железной дороги.
Возможные примеры выполнения полезной модели показаны далее с помощью схем электрической системы тягового агрегата, изображенных на фиг. 1 и фиг. 2.
Фиг. 1 - схема электрической системы тягового агрегата по первому варианту выполнения.
Фиг. 2 - схема электрической системы тягового агрегата по второму варианту выполнения.
По первому варианту выполнения (фиг. 1) показана электрическая система тягового агрегата, состоящего из электровоза управления и одного тягового думпкара, причем электровоз управления и тяговый думпкар имеют по четыре тяговых двигателя, каждый из тяговых двигателей приводит во вращение одну колесную пару. Электрическая система тягового агрегата содержит такие элементы как:
- тяговые преобразовательно-регулирующие блоки (1) и (2), которые составляют первую группу тяговых преобразовательно-регулирующих блоков, и тяговые преобразовательно-регулирующие блоки (3) и (4), которые составляют вторую группу тяговых преобразовательно-регулирующих блоков;
- первую пару тяговых двигателей электровоза управления (5 и (6, первую пару тяговых двигателей тягового думпкара (7) и (8), вторую пару тяговых двигателей электровоза управления (9) и (10) и вторую пару тяговых двигателей тягового думпкара (11) и (12);
- первый блок питания вспомогательного оборудования (13) и второй блок питания вспомогательного оборудования (14);
- первый блок входного фильтра (15) и второй блок входного фильтра (16);
- блок аккумуляторных батарей (17);
- блок питания аккумуляторных батарей (18);
- инверторный блок питания и управления электродвигателем в вспомогательном оборудовании (21);
- инверторный блок питания для электроприборов (22);
- первый блок тормозных резисторов (29) и второй блок тормозных резисторов (30).
Постоянный ток от контактной сети электрифицированной железной дороги проводом (31 подается на входы тяговых преобразовательно-регулирующих блоков (1), (2), (3), (4). Каждый тяговый преобразовательно-регулирующий блок имеет два независимых друг от друга выхода и предназначен для подачи постоянного тока на питание двух тяговых двигателей и регулировки оборотов тяговых двигателей путем изменения величины силы тока постоянного тока. Тяговые преобразовательно-регулирующие блоки (1) и (2) составляют первую группу тяговых преобразовательно-регулирующих блоков, тяговые преобразовательно-регулирующие блоки (3) и (4) составляют вторую группу тяговых преобразовательно-регулирующих блоков.
Каждая группа тяговых преобразовательно-регулирующих блоков управляет работой одной пары тяговых двигателей электровоза управления и одной пары тяговых двигателей тягового думпкара. Постоянный ток с выходов тягового преобразовательно-регулирующего блока (1) подается на входы первой пары тяговых двигателей электровоза управления (5) и (6). Постоянный ток с выходов тягового преобразовательно-регулирующего блока (2) подается на входы первой пары тяговых двигателей тягового думпкара (7) и (8). Постоянный ток с выходов тягового преобразовательно-регулирующего блока (3) подается на входы второй пары тяговых двигателей электровоза управления (9) и (10). Постоянный ток с выходов тягового преобразовательно-регулирующего блока (4) подается на входы второй пары тяговых двигателей тягового думпкара (11) и (12).
В случае, когда тяговый агрегат будет состоять из электровоза управления и двух тяговых думпкаров, каждая группа тяговых преобразовательно-регулирующих блоков будет состоять из трех тяговых преобразовательно-регулирующих блоков, которые будут управлять работой одной пары тяговых двигателей электровоза управления и двух пар тяговых двигателей двух тяговых думпкаров.
Тяговые преобразовательно-регулирующие блоки выполнены такими, что величина напряжения постоянного тока на выходах тяговых преобразователей зависит только от величины тяги, которая задается, и является стабильной при подаче на вход тягового преобразовательно-регулирующего блока постоянного тока напряжением 1000-4100 В.
Как один из вариантов, каждый из тяговых преобразовательно-регулирующих блоков может быть выполнен таким, что содержит два одинаковых тяговых преобразователя, причем входы тяговых преобразователей связаны со входом тягового преобразовательно-регулирующего блока, выход первого тягового преобразователя связан с первым выходом тягового преобразовательно-регулирующего блока, выход второго тягового преобразователя связан со вторым выходом тягового преобразовательно-регулирующего блока.
Выходы тяговых преобразовательно-регулирующих блоков связаны со входами тяговых двигателей таким образом, что каждый из выходов тяговых преобразовательно-регулирующих блоков связан со входом одного из тяговых двигателей и питание каждого из тяговых двигателей является независимым от питания другого тягового двигателя.
Применение тяговых преобразовательно-регулирующих блоков с указанными выше характеристиками и выполнением, выполнение тяговых преобразовательно-регулирующих блоков с двумя независимым друг от друга выходами, упрощает управление тяговым агрегатом, так как позволяет легко и точно регулировать тягу любого отдельного тягового двигателя независимо от других тяговых двигателей, и соответственно позволяет точно регулировать тягу тягового агрегата (например, в случае буксования или юза одной колесной пары можно уменьшить тягу тягового двигателя, который приводит во вращение эту колесную пару, и соответственно увеличить тягу других тяговых двигателей - таким образом можно поддерживать тягу тягового агрегата на постоянном необходимом уровне). Кроме того, применение тяговых преобразовательно-регулирующих блоков исключает затраты электрической энергии в блоке тормозных резисторов при разгоне тягового агрегата, что соответственно значительно уменьшает потери электрической энергии при движении тягового агрегата (примерно на 30-40% меньше по сравнению с потерями электрической энергии при движения тягового агрегата типа ПЭ2-У).
Еще одним результатом применения тяговых преобразовательно-регулирующих блоков является повышение надежности работы тягового агрегата - в случае выхода из строя одного из четырех тяговых двигателей электровоза управления или тягового думпкаров, максимально возможная тяга электровоза управления или тягового думпкаров уменьшается лишь на 25 процентов.
По одному из вариантов выполнения полезной модели, по крайней мере один из тяговых преобразовательно-регулирующих блоков может быть выполнен таким, что каждый из выходов тягового преобразовательно-регулирующего блока включает в себя выход для питания обмотки возбуждения тягового двигателя и выход для питания обмотки якоря тягового двигателя, и может быть выполнен таким, что может осуществлять питание тягового двигателя в режиме последовательного возбуждения тягового двигателя или в режиме параллельного возбуждения тягового двигателя или в режиме независимого возбуждения тягового двигателя.
Тяговый двигатель включает в себя обмотки якоря тягового двигателя и обмотки возбуждения тягового двигателя. Обмотки якоря тягового двигателя и обмотки возбуждения тягового двигателя имеют отдельные входы с двумя контактами на каждом входе - таким образом вход тягового двигателя включает в себя вход для обмотки якоря тягового двигателя и вход обмотки возбуждения тягового двигателя. В зависимости от того, как эти обмотки взаимно подключены к питанию, различают различные режимы возбуждения тягового двигателя, в котором будет работать тяговый двигатель - есть режим последовательного возбуждения тягового двигателя, есть режим параллельного возбуждения тягового двигателя и есть режим независимого возбуждения тягового двигателя. Эти режимы возбуждения тягового двигателя описаны в литературе и известны специалистам в данной области техники.
В режиме последовательного возбуждения тягового двигателя обмотки якоря тягового двигателя и обмотки возбуждения тягового двигателя должны быть подключены последовательно - для этого необходимо соединить между собой один контакт выхода для питания обмотки якоря тягового двигателя и один контакт выхода обмотки возбуждения тягового двигателя. В режиме параллельного возбуждения тягового двигателя обмотки якоря тягового двигателя и обмотки возбуждения тягового двигателя должны быть подключены к питанию параллельно - для этого необходимо соединить первый контакт выхода для питания обмотки якоря тягового двигателя с первым контактом выхода для питания обмотки возбуждения тягового двигателя, и соединить второй контакт выхода для питания обмотки якоря тягового двигателя со вторым контактом выхода для питания обмотки возбуждения тягового двигателя. В режиме независимого возбуждения тягового двигателя питание обмотки якоря тягового двигателя и питание обмотки возбуждения тягового двигателя должно осуществляться независимо - для этого на обмотки возбуждения тягового двигателя и обмотки якоря тягового двигателя подается два отдельных питания.
Выполнение тягового преобразовательно-регулирующего блока таким, что имеет выход для питания обмотки возбуждения тягового двигателя и выход для питания обмотки, предусматривает, что:
- в случае необходимости эксплуатации тягового двигателя в режиме последовательного возбуждения тягового двигателя тяговый преобразовательно-регулирующий блок будет соединять между собой один контакт выхода для питания обмотки якоря тягового двигателя и один контакт выхода для питания обмотки возбуждения тягового двигателя;
- в случае необходимости эксплуатации тягового двигателя в режиме параллельного возбуждения тягового двигателя тяговый преобразовательно-регулирующий блок будет соединять первый контакт выхода для питания обмотки якоря тягового двигателя с первым контактом выхода для питания обмотки возбуждения тягового двигателя, и будет соединять второй контакт выхода для питания обмотки якоря тягового двигателя со вторым контактом выхода для питания обмотки возбуждения тягового двигателя;
- в случае необходимости эксплуатации тягового двигателя в режиме независимого возбуждения тягового двигателя тяговый преобразовательно-регулирующий блок будет подавать два отдельных питания на обмотку возбуждения тягового двигателя и на обмотку якоря тягового двигателя.
При определенных фазах движения поезда использования каждого из режимов возбуждения тягового двигателя имеет определенные преимущества и недостатки - эти преимущества и недостатки описаны в литературе, поэтому в данном описании они не приведены. Для одной из фаз движения поезда целесообразно использовать один режим возбуждения тягового двигателя, для другой фазы движения поезда целесообразно использовать другой режим возбуждения тягового двигателя.
Выполнение тягового преобразовательно-регулирующего блока включающим в себя выход для питания обмотки возбуждения тягового двигателя и выход для питания обмотки якоря тягового двигателя, позволяет осуществлять питание тягового двигателя в режиме последовательного возбуждения тягового двигателя или в режиме параллельного возбуждения тягового двигателя или в режиме независимого возбуждения тягового двигателя, и позволяет выбирать тот режим возбуждения тягового двигателя, который для данной фазы движения поезда будет оптимальным.
Входы первого блока питания вспомогательного оборудования (13) и второго блока питания вспомогательного оборудования (14) связаны со входами тяговых преобразовательно-регулирующих блоков. Постоянный ток от контактной сети электрифицированной железной дороги, который подается на входы тяговых преобразовательно-регулирующих блоков, также подается на вход первого блока питания вспомогательного оборудования (13) и на вход второго блока питания вспомогательного оборудования (14). Выходы первого блока питания вспомогательного оборудования и второго блока питания вспомогательного оборудования связаны между собой. Первый блок питания вспомогательного оборудования и второй блок питания вспомогательного оборудования предназначены для понижения напряжения постоянного тока и создания единой линии питания электрических устройств вспомогательного оборудования, к которым, в частности, относятся такие электрические устройства и электрические приборы как электродвигатели вентиляторов и компрессоров, блок питания аккумуляторных батарей, инверторный блок питания трехфазным переменным током напряжением 380-400 В и однофазным переменным током напряжением 210-230 В. Первый блок питания вспомогательного оборудования и второй блок питания вспомогательного оборудования могут быть выполнены такими, что при подаче на вход первого блока питания вспомогательного оборудования и второго блока питания вспомогательного оборудования постоянного тока напряжением 1000-4100 В напряжение постоянного тока на выходах первого блока питания вспомогательного оборудования и второго блока питания вспомогательного оборудования будет являться стабильным и составляет 600-625 В.
Применение блоков питания вспомогательного оборудования позволяет создать единую шину питания электрических устройств вспомогательного оборудования напряжением постоянного тока примерно 600 В, применение двух блоков питания вспомогательного оборудования повышает надежность работы тягового агрегата (в случае выхода из строя одного из блоков питания вспомогательного оборудования, другой работающий блок питания вспомогательного оборудования обеспечит питание электрических устройств вспомогательного оборудования).
Вход любого тягового двигателя соединен с выходом какого-либо тягового преобразовательно-регулирующего блока и соединен со входом блока входного фильтра. Входы тяговов их двигателей (5) и (6) соединены с выходами тягового преобразовательно-регулирующего блока (1) и со входом входного фильтра (15), входы тяговов их двигателей (7) и (8) соединены с выходами тягового преобразовательно-регулирующего блока (2) и со входом входного фильтра (15), входы тяговов их двигателей (9) и (10) соединены с выходами тягового преобразовательно-регулирующего блока (3) и со входом входного фильтра (16), входы тяговов их двигателей (11) и (12) соединены с выходами тягового преобразовательно-регулирующего блока (4) и со входом входного фильтра (16). Указанные соединения не является постоянными, они являются коммутируемыми - в зависимости от режима, в котором работают тяговые двигатели. Тяговые двигатели могут работать в режиме тяги или в режиме электродинамического торможения. Когда необходимо, чтобы тяговые двигатели работали в режиме тяги то входы тяговых двигателей соединяют с выходами тяговых преобразовательно-регулирующих блоков, когда необходимо, чтобы тяговые двигатели работали в режиме электродинамического торможения то входы тяговых двигателей соединяют со входом блока входного фильтра.
Выходы тяговых преобразовательно-регулирующих блоков связаны со входами тяговых двигателей таким образом, что питание каждого из тяговых двигателей осуществляется независимо от питания другого тягового двигателя. Такое исполнение позволяет регулировать тягу отдельного тягового двигателя независимо от других тяговых двигателей.
Блок входного фильтра предназначен для распределения электрического тока от тяговых двигателей, который вырабатывается тяговыми двигателями в режиме электродинамического торможения, и выполнен таким, что имеет первый выход и второй выход. Первый выход блока входного фильтра связан со входом первого блока питания вспомогательного оборудования, второй выход блока входного фильтра связан со входом блока тормозных резисторов. В данном примере (фиг. 1, фиг. 2) электрическая система тягового агрегата содержит два блока входных фильтров (15) и (16). Первый выход блока входного фильтра (15) связан со входом первого блока питания вспомогательного оборудования (13), второй выход блока входного фильтра связан со входом блока тормозных резисторов (29), первый выход блока входного фильтра (16) связан со входом второго блока питания вспомогательного оборудования (14), второй выход блока входного фильтра связан со входом блока тормозных резисторов (30).
Электрический ток от тяговых двигателей, который вырабатывается тяговыми двигателями в режиме электродинамического торможения, из входов тяговых двигателей поступает на вход блока входного фiльтра, и подается на первый выход входного фильтра, с которого поступает на вход первого блока питания вспомогательного оборудования. Так как входы блоков питания вспомогательного оборудования и входы тяговых преобразовательно-регулирующих блоков соединены между собой, то в этом случае тяговые двигатели соответственно являются источником электрической энергии, необходимой для питания электрической системы тягового агрегата.
Блок входного фильтра может быть выполнен таким, что способен рекуперировать избыток электрической энергии, которая вырабатывается тяговыми двигателями в режиме электродинамического торможения и не использована электрической системой тягового агрегата, в контактную сеть железной дороги. Поэтому при движения тягового агрегата в режиме электродинамического торможения, возможны два варианта использования электрического тока, вырабатываемого тяговыми двигателями в режиме электродинамического торможения.
По первому варианту использования электрического тока, вырабатываемого тяговыми двигателями в режиме электродинамического торможения, электрическая система тягового агрегата от контактной сети железной отключается и питание электрической системы тягового агрегата осуществляют электрическим током от тяговых двигателей. В случае, когда количество электрической энергии, вырабатываемой тяговыми двигателями в режиме электродинамического торможения, превышает потребности электрической системы тягового агрегата, избыток электрической энергии подается на второй выход блока входного фильтра, из которого ток тяговых двигателей поступает на вход блока тормозных резисторов и поглощается тормозными резисторами в блоке тормозных резисторов.
По второму варианту использования электрического тока, вырабатываемого тяговыми двигателями в режиме электродинамического торможения, питание электрической системы тягового агрегата осуществляют электрическим током от тяговых двигателей. В случае, когда количество электрической энергии, вырабатываемой тяговыми двигателями в режиме электродинамического торможения, превышает потребности электрической системы тягового агрегата, избыток электроэнергии рекуперируется путем ее подачи в контактную сеть железной дороги.
Применение блока входного фильтра с указанными характеристиками и исполнением, позволяет осуществить рекуперацию электроэнергии во время движения тягового агрегата режиме электродинамического торможения и уменьшить расходы электроэнергии в контактной сети железной дороги.
Электрическая система тягового агрегата содержит блок аккумуляторных батарей (17), который является резервным источником питания различных электрических и электронных устройств, и дает в случае необходимости постоянный ток напряжением 48-50 В. Вход блока аккумуляторных батарей связан с первым выходом блока питания аккумуляторных батарей (18). Блок питания аккумуляторных батарей выполнен таким, что имеет первый выход, который предназначен для питания блока аккумуляторных батарей постоянным током напряжением 55-65 В, имеет второй выход (19), который предназначен для питания постоянным стабилизированным током напряжением 48-50 В, и имеет третий выход (20), который предназначен для питания постоянным током напряжением 24 В.
Современные локомотивы оснащают многочисленными электрическими устройствами и электронными устройствами, которые необходимы для безопасного функционирования локомотивов (например, устройства радиосвязи, устройства навигации, устройства светотехнического оборудования, устройства управления, и т.п.), и имеют стандартизированное питание постоянным током напряжением 48 В и 24 В. Для тягового агрегата типа ПЭ2-У питание блока аккумуляторных батарей и электронных устройств осуществлялось постоянным током напряжением 50 В. Такое напряжение постоянного тока на входе в блок аккумуляторных батарей недостаточно для поддержания аккумуляторных батарей в заряженном состоянии, что приводило к уменьшению срока эксплуатации аккумуляторных батарей. Подача на питание блока аккумуляторных батарей постоянного тока напряжением 55-65 В повышает срок эксплуатации аккумуляторных батарей.
Выполнение блока питания аккумуляторных батарей с тремя выходами, дающие постоянный ток напряжением 55-65 В, стабилизированный ток напряжением 48-50 В и постоянным ток напряжением 24 В, позволяет при необходимости оснащать тяговый агрегат любыми электронными устройствами и электрическими устройствами, необходимыми для безопасного функционирования тягового агрегата и для питания которых необходим постоянный ток напряжением 48 В или 24 В.
Тяговые агрегаты оборудованы вспомогательным оборудованием, которое обеспечивает надлежащую работу тягового агрегата и основных элементов электрической системы тягового агрегата - например, тяговый агрегат может быть оборудован компрессором для создания сжатого воздуха, вентиляторами охлаждения тяговых двигателей и т.п. Указанное вспомогательное оборудование содержит такие электрические устройства как электродвигатели. Электрическая система тягового агрегата содержит инверторный блок питания и управления электродвигателем во вспомогательном оборудовании (21), который преобразует постоянный ток с выходов первого блока питания вспомогательного оборудования напряжением и второго блока питания вспомогательного оборудования напряжением 600-625 В в трехфазный переменный ток напряжением 380-400 В, который подается на питание электродвигателя. Для специалиста понятно, что электрическая система тягового агрегата может содержать столько инверторных блоков питания и управления электродвигателем во вспомогательном оборудовании, сколько электродвигателей используется во вспомогательном оборудовании.
Применение инверторного блока питания и управления электродвигателем во вспомогательном оборудовании с указанными характеристиками и исполнением, позволяет при необходимости оснащать тяговый агрегат любыми электрическими приборами с питанием трехфазным переменным током 380 В или однофазным переменным током 220 В.
Для питания бытовых электроприборов, которые могут применяться в кабине тягового агрегата (например, кондиционера, электрического обогревателя, светильника, и т.п.), электрическая система тягового агрегата содержит инверторный блок питания для электроприборов (22), который выполнен таким, что имеет первый выход (23), который предназначен для питания трехфазным переменным током напряжением 380-400 В, и имеет второй выход (24), который предназначен для питания однофазным переменным током напряжением 210-230 В. Применение инверторного блока питания для электроприборов с указанными характеристиками позволяет при необходимости оснащать тяговый агрегат любыми электрическими приборами с питанием трехфазным переменным током 380 В или однофазным переменным током 220 В.
Для надежного функционирования электрической системы тягового агрегата желательно, чтобы первый блок питания вспомогательного оборудования, второй блок питания вспомогательного оборудования и инверторный блок питания и управления электродвигателем во вспомогательном оборудовании были выполнены такими, что при подаче на вход первого блока питания вспомогательного оборудования и второго блока питания вспомогательного оборудования постоянного тока напряжением 1000-4100 В напряжение постоянного тока на выходах первого блока питания вспомогательного оборудования и второго блока питания вспомогательного оборудования была стабильным и составляло 600-625 В, напряжение трехфазного переменного тока на выходах инверторного блока питания и управления электродвигателем во вспомогательном оборудовании составляло 380-400 В.
По второму варианту выполнения (фиг. 2) показана электрическая система тягового агрегата, которая дополнительно содержит микропроцессорный блок управления (25), пульт управления с органами управления электронного типа (26), основную цифровую шину CAN (2) и дублирующую цифровую шину CAN (28). Пульт управления с органами управления электронного типа связан линией передачи сигналов с микропроцессорным блоком управления. Микропроцессорный блок управления контролирует работу элементов электрической системы тягового агрегата, и по сигналам с пульта управления и сигналам собственной программы управляет работой элементов электрической системы тягового агрегата, а также предоставляет информацию о состоянии элементов электрической системы тягового агрегата с помощью устройства отображения информации (которым может быть компьютерный дисплей или информационное табло). Основная цифровая шина CAN и дублирующая цифровая шина CAN связывают между собой каждый из тяговых преобразовательно-регулирующих блоков, первый блок питания вспомогательного оборудования, второй блок питания вспомогательного оборудования, инверторный блок питания и управления электродвигателем во вспомогательном оборудовании, инверторный блок питания для электроприборов, блок питания аккумуляторных батарей и микропроцессорный блок управления. Сигнал с каждого из указанных элементов электрической системы одновременно попадает в основную цифровую шину CAN и дублирующую цифровую шину CAN, и поступает в микропроцессорный блок управления - такое дублирование передачи сигналов повышает надежность управления работой электрической системы тягового агрегата.
Применение в электрической системе тягового агрегата микропроцессорного блока управления, пульта управления с органами управления электронного типа, основной цифровой шины CAN и дублирующей цифровой шины CAN позволяет повысить оперативность контроля за работой электрической системы тягового агрегата, своевременно выявлять неисправности элементов электрической системы тягового агрегата, упростить управление работой тягового агрегата, предотвращать возникновение нештатных и опасных ситуаций при эксплуатации тягового агрегата, и соответственно повысить надежность и безопасность эксплуатации тягового агрегата.
Электрическая система тягового агрегата может содержать дополнительно по крайней мере один датчик вращения колеса тягового агрегата, который связан с основной цифровой шиной CAN и дублирующей цифровой шиной CAN. Наличие датчика вращения колеса тягового агрегата повышает точность регулирования оборотов тягового двигателя и позволяет определить возникновение опасного режима работы колес тягового агрегата - режима буксования или юза колес тягового агрегата.
Как один из вариантов выполнения полезной модели, микропроцессорный блок управления может быть выполнен включающий в себя по крайней мере один из таких блоков как:
- блок электронного скоростемера;
- блок противодействия буксованию и юзу колес тягового агрегата;
- блок диагностирования элементов электрической системы тягового агрегата.
Наличие указанных блоков в микропроцессорном блоке управления позволяет осуществлять автоматическое управление работы электрической системы тягового агрегата в случае возникновения опасных ситуаций, что повышает безопасность эксплуатации тягового агрегата.
Как один из вариантов выполнения полезной модели, каждый из таких элементов электрической системы тягового агрегата как тяговый преобразовательно-регулирующий блок, блок входного фильтра, блок питания вспомогательного оборудования, инверторный блок питания и управления электродвигателем во вспомогательном оборудовании, инверторный блок питания для электроприборов, может быть выполнен таким, что включает в себя автономную систему управления и диагностики. Такое исполнение указанных элементов электрической системы тягового агрегата позволяет непрерывно получать информацию о состоянии работы элементов электрической системы тягового агрегата, отображать эту информацию в режиме реального времени с помощью устройства отображения информации (которым может быть компьютерный дисплей или информационное табло), хранить эту информацию с помощью устройств хранения в течение определенного времени. Такая информация может быть полезной как для текущего контроля работы элементов электрической системы тягового агрегата, так и для анализа работы элементов электрической системы тягового агрегата в случае расследования аварийных ситуаций.
Приведенные примеры выполнения полезной модели только иллюстрируют полезную модель, но не ограничивают ее.