ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ЭЛЕКТРОВОЗА ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ

Полезная модель относится к области тягового электропривода, направлена на усовершенствование тягового оборудования и может быть использована на электрическом транспорте, особенно электрическом железнодорожном.
Для электрификации железных дорог применяются две системы электроснабжения: постоянного и переменного тока, что привело к разработке электровозов двойного питания.
Известен тяговый электропривод многосистемного электроподвижного состава, содержащий токоприемник, устройство переключения рода тока, тяговый трансформатор, имеющий первичную и вторичную обмотки, четырехквадрантный преобразователь, промежуточный фильтр, автономный инвертор напряжения, асинхронный тяговый двигатель, заземляющее устройство, и контакторы для коммутации цепей (Патент RU №2248892, МПК B60L 9/14, B60L 9/22, 27.03.2005).
Недостатком данного устройства является отсутствие фильтров в питающей цепи постоянного тока «токоприемник - автономный инвертор напряжения». Необходимость этого фильтра вызвана присутствием помех в линиях постоянного тока.
Данный недостаток устраняется в тяговом электроприводе, принятым за прототип, высокоскоростного электропоезда «Сапсан» серии Velaro RUS производства компании «Сименс Транспортные Системы» с двухсистемными двигателями: для контактной сети 3 кВ постоянного и 25 кВ/50 Гц переменного тока соответственно (А. Липп, Д. Йон, Р. Манглер, В.А. Гапанович, А.С. Назаров, О.Н. Назаров, В.П. Шилкин. Высокоскоростной поезд Velaro для России // «Железные дороги мира». - 2009. - №1. - С. 36-50). Одна тяговая установка состоит из двух токоприемников, тягового трансформатора (имеющего одну первичную и пять вторичных обмоток, причем четыре вторичные обмотки - тяговые, одна обмотка - обмотка отопления), тягового преобразователя, при этом в питающей цепи постоянного тока «контактный провод постоянного тока -преобразователь» устанавливается сетевой фильтр. Каждая тяговая установка содержит два тяговых блока, каждый из которых содержит тяговый преобразователь, блок управления приводом (БУП), четыре параллельно подключенных тяговых двигателя (асинхронных с короткозамкнутым ротором), один блок тормозных резисторов, а также ввод для подключения преобразователей собственных нужд к промежуточному звену тягового преобразователя. Тяговый преобразователь состоит из двух четырехквадрантных регуляторов, промежуточного контура постоянного напряжения, импульсного инвертора, тормозного регулятора и поглощающего контура.
Основным недостатком известного тягового электропривода является сложность системы управления двумя токоприемниками, предназначенных отдельно для подключения к сети переменного тока и к сети постоянного тока, что, кроме того, увеличивает время подключения электропривода в случае поднятия токоприемника, не соответствующего роду тока в питающей сети.
Задачей полезной модели является упрощение системы управления токоприемниками и сокращение времени на подключение к питающей сети.
Технический результат достигается тем, что в тяговый электропривод электровоза двойного питания, содержащем токоприемник, тяговый трансформатор, преобразователь переменного тока в постоянный, сетевой фильтр, Г-образный LC-фильтр, блок тормозных резисторов, автономный инвертор напряжения, блок управления приводом, блок тяговых асинхронных двигателей, при этом токоприемник подключен к контактному проводу питающей сети, выход тягового трансформатора подключен к входу преобразователя переменного тока в постоянный, выход Г-образного LC-фильтра подключен к входу блока тормозных резисторов, выход которого подключен к первому входу автономного инвертора напряжения, второй вход автономного инвертора напряжения подключен к выходу блока управления приводом, выход автономного инвертора напряжения подключен к входу блока тяговых двигателей, согласно настоящей полезной модели, введен блок переключателя рода тока, имеющий шесть контактов и два переключателя с жесткой связью, выполненные с возможностью коммутации в двух положениях, а токоприемник выполнен с возможностью подключения к контактной сети постоянного тока и переменного тока, при этом выход токоприемника подключен к первому контакту блока переключателя рода тока, вход сетевого фильтра подключен к второму контакту, а выход сетевого фильтра - к четвертому контакту, вход тягового трансформатора подключен к третьему контакту блока переключателя рода тока, выход преобразователя переменного тока в постоянный подключен к пятому контакту, вход Г-образного LC-фильтра подключен к шестому контакту, переключатели с жесткой связью выполнены с возможностью замыкания в первом положении первого контакта с третьим контактом и шестого контакта с пятым контактом, во втором положении первого контакта со вторым контактом, а шестого контакта с четвертым контактом.
Таким образом, главными отличительными от прототипа особенностями являются замена двух токоприемников одним токоприемником и введение в электропривод блока переключателя рода тока с шестью контактами и двумя переключателями с жесткой связью и возможностью коммутации цепи в двух положениях.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема тягового электропривода электровоза двойного питания.
На блок-схеме цифрами обозначены:
1 - токоприемник;
2 - блок переключателя рода тока;
3 - тяговый трансформатор;
4 - преобразователь переменного тока в постоянный;
5 - сетевой фильтр;
6 - Г-образный LC-фильтр;
7 - блок тормозных резисторов;
8 - автономный инвертор напряжения;
9 - блок управления приводом;
10 - блок тяговых асинхронных двигателей;
11 - контактный провод питающей сети постоянного тока;
12 - контактный провод питающей сети переменного тока;
13 - первый контакт переключателя рода тока;
14 - второй контакт переключателя рода тока;
15 - третий контакт переключателя рода тока;
16 - четвертый контакт переключателя рода тока;
17 - пятый контакт переключателя рода тока;
18 - шестой контакт переключателя рода тока;
19, 20 - переключатели;
21 - жесткая связь переключателей 19 и 20;
22 - контактный рельс;
23 - колесо.
На блок-схеме переключатели 19, 20 блока 2 переключателя рода тока показаны в нейтральном положении.
Тяговый электропривод электровоза двойного питания содержит токоприемник 1, тяговый трансформатор 3, преобразователь 4 переменного тока в постоянный, сетевой фильтр 5, Г-образный LC-фильтр 6, блок 7 тормозных резисторов, автономный инвертор 8 напряжения, блок 9 управления приводом, блок 10 тяговых асинхронных двигателей, при этом токоприемник 1 подключен к контактному проводу (11 или 12) питающей сети, выход тягового трансформатора 3 подключен к входу преобразователя 4 переменного тока в постоянный, выход Г-образного LC-фильтра 6 подключен к входу блока 7 тормозных резисторов, выход которого подключен к первому входу автономного инвертора 8 напряжения, второй вход автономного инвертора 8 напряжения подключен к выходу блока 9 управления приводом, выход автономного инвертора 8 напряжения подключен к входу блока 10 тяговых двигателей.
Отличием предлагаемого тягового электропривода электровоза двойного питания является то, что в него введен блок 2 переключателя рода тока, имеющий шесть контактов 13, 14, 15, 16, 17, 18 и два переключателя 19, 20 с жесткой связью 21 и возможностью коммутации цепи в двух положениях, а токоприемник 1 выполнен с возможностью подключения к контактной сети постоянного тока и переменного тока, при этом выход токоприемника 1 подключен к первому контакту 13 блока 2 переключателя рода тока, вход сетевого фильтра 5 подключен к второму контакту 14, а выход сетевого фильтра 5 - к четвертому контакту 16, вход тягового трансформатора 3 подключен к третьему контакту 15 блока 2 переключателя рода тока, выход преобразователя 4 переменного тока в постоянный подключен к пятому контакту 17, вход Г-образного LC-фильтра 6 подключен к шестому контакту 18, переключатели 19, 20 с жесткой связью 21 выполнены с возможностью замыкания в первом положении первого контакта 13 с третьим контактом 15 и шестого контакта 18 с пятым контактом 17, во втором положении первого контакта 13 со вторым контактом 14, а шестого контакта 18 с четвертым контактом 19.
Предлагаемый тяговый электропривод электровоза двойного питания работает следующим образом.
При движении электровоза по железнодорожному участку с питающим напряжением переменного тока токоприемник 1 подключен к контактному проводу 12 питающей сети переменного тока, переключатели 19, 20 блока 2 переключателя рода тока находятся в положении, в котором они соединяют первый контакт 13 с третьим контактом 15 и шестой контакт 18 с пятым контактом 17, соединяя выход токоприемника 1 с входом тягового трансформатора 3 и выход преобразователя 4 переменного тока в постоянный с входом Г-образного LC-фильтра 6. Высокое питающее напряжение переменного тока подается на первичную обмотку тягового трансформатора 3, затем пониженное напряжение поступает на вход преобразователя 4 переменного тока в постоянный. Выход преобразователя 4 подключен к входу Г-образного LC-фильтра 6, где пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются, и постоянное напряжение поступает через блок 7 тормозных резисторов в автономный инвертор 8 напряжения. Выходное напряжение инвертора 8 поступает на вход блока 10 тяговых асинхронных двигателей. Величина и частота выходного напряжения автономного инвертора 8 напряжения задается блоком 9 управления приводом.
При движении электровоза по железнодорожному участку с питающим напряжением постоянного тока токоприемник 1 подключен к контактному проводу 11 питающей сети постоянного тока, переключатели 19, 20 блока 2 переключателя рода тока находятся в положении, в котором они соединяют первый контакт 13 со вторым контактом 14, а шестой контакт 18 с четвертым контактом 16, соединяя токоприемник 1 с входом сетевого фильтра 5 и выход сетевого фильтра 5 с входом Г-образного LC-фильтра 6. Высокое питающее напряжение постоянного тока сглаживается в сетевом фильтре 5, затем поступает на вход Г-образного LC-фильтра 6. Питающее постоянное напряжение поступает через блок 7 тормозных резисторов в автономный инвертор 8 напряжения. Выходное напряжение автономного инвертора 8 поступает на вход блока 10 тяговых асинхронных двигателей. Величина и частота выходного напряжения автономного инвертора 8 задается блоком 9 управления приводом.
Использование предлагаемой полезной модели позволяет упростить систему управления токоприемником и сократить время подключения электропривода питающей сети.