УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ПРИНУДИТЕЛЬНОГО ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а более конкретно - к регулированию мотор-вентиляторов в системе принудительного охлаждения (воздушного обдува) тяговых электродвигателей на электровозе.
Известна система принудительного охлаждения (обдува) тяговых электродвигателей, содержащая мотор-вентилятор с пусковой аппаратурой и источником электропитания, а также с воздуховодами, снабженными входным воздушным фильтром, причем указанные воздуховоды подключены к воздухозаборным люкам тяговых электродвигателей [1].
Недостаток этой системы заключается в том, что при постоянной производительности мотор-вентилятора возникает несогласованность между реализуемым им эффектом охлаждения и реальной мощностью потерь в тяговом электродвигателе. Как правило, имеет место превышение производительности мотор-вентилятора в среднем в 3-4 раза по отношению к необходимому уровню. Лишь 15-20% всего времени работы электровоза производительность обдува соответствует уровню тепловых потерь в тяговом
двигателе.
Этот недостаток частично устранен в устройстве для регулирования мотор-вентиляторов с асинхронным приводным электродвигателем [2], которое содержит источник электропитания, преобразователь частоты, выполненный по принципу непосредственного преобразования, а также датчик тока тяговых электродвигателей с регулятором релейного типа, обеспечивающим переключение мотор-вентилятора на пониженную производительность при снижении реализуемой мощности в цепи тяговых электродвигателей.
Недостаток этого устройства состоит в том, что оно обеспечивает только одну ступень регулирования производительности мотор-вентилятора путем переключения его с номинальной частоты 50 Гц на пониженную частоту 16*2/3 Гц. Это не позволяет реализовать в полной мере возможности экономии энергозатрат.
В качестве прототипа заявленного устройства целесообразно принять устройство для регулирования системы принудительного воздушного охлаждения тяговых электродвигателей электровоза, содержащие мотор-вентилятор, электродвигатель которого подключен через регулируемый преобразователь электроэнергии к источнику электропитания, автоматический регулятор указанного преобразователя электроэнергии с входным элементом сравнения, к входу которого подключены выход датчика тока тяговых электродвигателей электровоза и выход датчика электрических параметров
электродвигателя мотор-вентилятора.
Недостаток прототипа состоит в том, что не обеспечиваются соответствия производительности мотор-вентилятора уровню потерь энергии в тяговых электродвигателей для всех режимов работы электровоза.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение эффективности и экономичности системы охлаждения тяговых электродвигателей.
На приведенном чертеже изображены схема полезной модели (фиг.1) и регулировочные характеристики (фиг.2).
Устройство (фиг.1) предназначено для охлаждения тяговых электродвигателей 1 при помощи мотор-вентилятора 2 с приводным электродвигателем постоянного или переменного тока. Этот электродвигатель получает электропитание от источника электроэнергии 3 через регулируемый преобразователь электроэнергии 4.
В цепь тягового двигателя 1 включен датчик тока 5, выход которого через нелинейный функциональный преобразователь (НФП) 6 подключен на вход элемента сравнения 7. На другой вход этого элемента подключен выход датчика 8 электрических параметров, подключенного к входной цепи электродвигателя мотор-вентилятора 2.
Выход элемента сравнения 7 подключен к входу регулятора 9, который может быть выполнен, например, по типовому принципу пропорционально-интегрального регулирования. Выход регулятора 9 соединен со входом
управления преобразователя 4.
В качестве преобразователя 4 могут быть использованы типовые полупроводниковые преобразователи: управляемый выпрямитель, импульсный преобразователь, непосредственный преобразователь частоты, автономный инвертор напряжения. Выбор конкретного типа преобразователя определяется видом источника 3 (постоянный или переменный ток) и типом электродвигателя мотор-вентилятора 2.
2
Элементы 5-9 выполнены на типовых компонентах систем управления. Ниже обоснован конкретный вид характеристики НФП 6. Статический напор Н воздушного потока 10, подаваемого от мотор-вентилятора 2 в двигатель 1, пропорционален квадрату частоты вращения n моторвентилятора 2, т.е. H=n. Объем воздуха Q, подаваемого в потоке 10, пропорционален частоте вращения мотор-вентилятора 2, т.е. Q=n. Таким образом, для производительности (мощности) мотор-вентилятора можно записать
мв
3
P≡Н*Q≡n.
Тепловые потери в охлаждаемом тяговом электродвигателе 1 пропорциональны квадрату его тока, т.е.
тд
тд
2
ΔP≡I ,
мв
причем величина этих потерь должна соответствовать производительности P. Следовательно, частоту вращения следует регулировать по закону, обеспечивающему соотношение
мв
тд
6
P≡I ,
причем эта зависимость в относительных единицах показана на фиг.2 (кривая А).
мв-вх
Мощность на входе мотор-вентилятора 2 должна быть больше на величину потерь в этом агрегате. Указанная мощность Р соответствует кривой Б на фиг.2.
min
min
мв-вх
1
2
Снижение частоты вращения n возможно до некоторой минимальной величины n, обеспечивающей статический напор H в канале 10. Это значение соответствует мощности Р*. При этом участок кривой Б между точками Б и Б аппроксимируется прямой В. Таким образом характеристика НФП 6 получается кусочно-линейной; она состоит из двух прямых участков В и Г.
Ф
З
мв-вх
мв-вх
Для реализации указанного закона регулирования датчик 8 замеряет фактическую мощность Р , например, путем умножения напряжения на ток в цепи питания мотор-вентилятора 2 НФП 6 определяет заданное значение мощности, т.е. Р . Элемент сравнения 7 определяет рассогласование
З
Ф
мв-вх
мв-вх
Δ=P -P ,
а регулятор 9 обеспечивает такое управление преобразователем 4, чтобы свести это рассогласование к нулю.
Таким образом обеспечивается регулирование мотор-вентилятора 2 соответственно уровню потерь в тяговом двигателе 1.
Техника - экономическая эффективность предложенного устройства состоит в экономии электроэнергии на вспомогательные нужды электровоза.
Испытания на электровозах ЧС4 и ВЛ80 показали, что расход электроэнергии в цепи питания мотор-вентиляторов составляет 18-27%.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания полезной модели
1. Электровоз ВЛ85.Тушканов Б.А. и другие. Москва издательство «Транспорт», 1992 г. С 30,56-57, рис.3.2
2. Некрасов О.А., Рутштейн А.М. Вспомогательные машины электровозов переменного тока. М., изд-во «Транспорт», 1988. с 164-175, рис.5.5
3. Каптелкин В.А. (ред.). Пассажирские электровозы ЧС4 и ЧС4Т. Издание второе, М., Изд-во «Транспорт», 1975, с 91-103, рис 66.