СИСТЕМА СИММЕТРИРОВАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ АСИНХРОННЫХ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Полезная модель относится к преобразовательной технике преимущественно транспортного назначения и предназначено, в частности, для преобразования однофазного переменного напряжения в трехфазное переменное напряжение для питания трехфазных асинхронных электродвигателей приводов вспомогательных агрегатов электроподвижного состава.
Известно устройство для преобразования однофазного переменного напряжения в трехфазное переменное напряжение, содержащее вращающийся расщепитель фаз, выполненный в виде асинхронного трехфазного электродвигателя с несимметричной обмоткой и работающий без нагрузки на валу [1]. При этом две фазы расщепителя - двигательную обмотку - подключают к обмотке собственных нужд тягового трансформатора, а на третьей фазе расщепителя - генераторной - при вращении ротора наводится напряжение смещенное на 90 эл. градусов по отношению к напряжению обмотки собственных нужд тягового трансформатора. В результате на выводах вращающегося расщепителя фаз образуется трехфазное переменное напряжение, которое используют для питания вспомогательных асинхронных электродвигателей. Однако при изменениях нагрузки вспомогательных электродвигателей неизбежно возникает несимметрия напряжения, что отрицательно сказывается на работе электродвигателей, вызывая их частые повреждения [2].
Известно также устройство [3], которое целесообразно принять в качестве прототипа полезной модели, позволяющее частично устранить указанные недостатки.
Устройство содержит тяговый трансформатор, имеющий сетевую обмотку, подключенную к питающей сети, и обмотку собственных нужд и конденсатор, подключенный первым выводом к первому выводу обмотки собственных нужд. В результате на первом и втором выводах обмотки собственных нужд и втором выводе конденсатора образуется трехфазное переменное напряжение, которое используют для питания вспомогательных асинхронных электродвигателей.
Недостатком известного устройства является то, что при изменении нагрузки - количества асинхронных электродвигателей, подключенных к расщепителю фаз, или напряжения на сетевой обмотке - нарушается симметрия трехфазного напряжения, появляется напряжение обратной последовательности, которое затрудняет пуск асинхронных электродвигателей, увеличивает ток и вызывает повышенный нагрев двигателей.
Задачей для заявляемой полезной модели является получение трехфазного переменного напряжения для питания трехфазных асинхронных двигателей и сохранение его симметрии независимо от количества асинхронных электродвигателей, подключенных к системе, или изменения напряжения на сетевой обмотке тягового трансформатора.
Решение указанной задачи достигается тем, что в заявленную систему содержащую тяговый трансформатор с сетевой обмоткой, подключенной к питающей сети, и обмоткой собственных нужд и конденсатор, подключенный первым выводом к первому выводу обмотки собственных нужд, в отличие от прототипа дополнительно введены выпрямитель, два конденсатора фильтра, инвертор напряжения, первый и второй дроссели, при этом выпрямитель зажимами переменного тока подключен к первому выводу обмотки собственных нужд непосредственно, а ко второму выводу обмотки собственных нужд через первый дроссель, к выходным зажимам постоянного напряжения выпрямителя подключены соответствующие входные зажимы инвертора напряжения, выходной зажим переменного тока которого через второй дроссель соединен со вторым выводом конденсатора, конденсаторы фильтра подключены, первый между нулевым и положительным выходными зажимами постоянного напряжения выпрямителя и второй между нулевым и отрицательным выходными зажимами постоянного напряжения выпрямителя.
Введение в систему совокупности новых элементов выпрямителя, двух конденсаторов фильтра, инвертора напряжения, первого и второго дросселей, и их взаимосвязи позволяют сохранять симметричное трехфазное напряжение на выходе системы независимо от количества асинхронных электродвигателей, подключенных к нему, или при изменении напряжения на сетевой обмотке тягового трансформатора.
Это обусловлено тем, что в системе симметрирования трехфазного напряжения асинхронных вспомогательных двигателей электроподвижного состава напряжение третьей фазы на выходе инвертора напряжения формируют в квадратуре к линейному напряжению на выводах обмотки собственных нужд.
На чертеже представлена схема системы симметрирования трехфазного напряжения асинхронных вспомогательных двигателей электроподвижного состава.
Система содержит тяговый трансформатор 1, с сетевой обмоткой 2 и обмоткой собственных нужд 3, конденсатор 4, подключенный первым выводом к первому выводу С1 обмотки собственных нужд 3, выпрямитель 5, два конденсатора фильтра 6 и 7, инвертор напряжения 8, первый 9 и второй 10 дроссели. Выпрямитель 5 зажимами переменного тока подключен к первому выводу С1 обмотки собственных нужд 3 непосредственно, а ко второму выводу С2 обмотки собственных нужд через первый дроссель 9. К выходным зажимам постоянного напряжения выпрямителя 5 подключены соответствующие входные зажимы инвертора напряжения 8, выходной зажим переменного тока которого через второй дроссель 10 соединен с вторым выводом конденсатора 4. Конденсаторы фильтра 6 и 7 подключены, первый 6 между нулевым и положительным выходными зажимами постоянного напряжения выпрямителя и второй 7 между нулевым и отрицательным выходными зажимами постоянного напряжения выпрямителя.
Предложенная система работает следующим образом. При подаче напряжения на сетевую обмотку трансформатора на обмотке собственных нужд 3 (выводы С1 и С2) появляется переменное напряжение. Это же напряжение с вывода С1 непосредственно, а вывода С2 через дроссель 9 поступает на выпрямитель 5. На выходе выпрямителя образуется двухполярное «плюс-ноль-минус» выпрямленное напряжение, которое сглаживается конденсаторами 6 и 7 фильтра, и подается на вход однофазного инвертора напряжения. Инвертор напряжения преобразует постоянное выпрямленное напряжение в модулированное широтно-импульсным способом переменное напряжение, которое сглаживается LC-фильтром - дроссель 10 и конденсатор 4, и подается на вывод С3. Напряжение на выводе С3 находится в квадратуре к напряжению на выводах С1 и С2. В результате на выводах С1, С2 и С3 формируется трехфазное симметричное переменное напряжение. Переменное напряжение на выводе С3 формируется из выпрямленного постоянного напряжения, его величина и фаза не зависят от нагрузки, которая подключена к выводам С1, С2 и С3, а также от изменения напряжения на сетевой обмотке.
Таким образом, реализация заявленной полезной модели обеспечивает решение поставленной задачи - получение трехфазного переменного напряжения для питания трехфазных асинхронных двигателей и сохранение его симметрии независимо от количества асинхронных электродвигателей, подключенных к системе, или изменения напряжения на сетевой обмотке тягового трансформатора.
Технико-экономическая эффективность предложения определяется тем, что при его использовании установленная мощность преобразовательного оборудования является наименьшей, так как преобразованию подлежит мощность только одной фазы трехфазной нагрузки.
Результаты испытания системы симметрирования трехфазного напряжения асинхронных вспомогательных двигателей электроподвижного состава на электровозе переменного тока показали, что сохранение симметрии трехфазного напряжения сокращает время пуска асинхронных электродвигателей, снижает ток двигателей и приводит к снижению расхода электроэнергии на собственные нужды на 5%.
Источники информации
1. Некрасов О.А. Вспомогательные машины электроподвижного состава переменного тока. М.: Транспорт, 1967. 168 с.
2. Худоногов A.M., Смирнов В.П., Макаров В.В., Повысить надежность асинхронных двигателей, «Локомотив», №3, 2003.
3. Некрасов О.А., Рутштейн A.M. Вспомогательные машины электровозов переменного тока. - М.: Транспорт, 1988. - 223 с., рис.6.