Автономные инверторы. Цель лекции: рассмотреть вопросы: применение автономных инверторов в тяговом электроприводе с асинхронными и синхронными двигателями трехфазного тока

Лекция 29.

Цель лекции: рассмотреть вопросы: применение автономных инверторов в тяговом электроприводе с асинхронными и синхронными двигателями трехфазного тока.

ПРИМЕНЕНИЕ АВТОНОМНЫХ ИНВЕРТОРОВ В ТЯГОВОМ

ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ С АСИНХРОННЫМИ И СИНХРОННЫМИ

ДВИГАТЕЛЯМИ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА

Схемы современного электроподвижного состава с автономными инверторами и асинхронными двигателями. Двухсекционный электро­воз ВЛ80А с осевой формулой 2(2₀ - 2₀) мощностью 9600 кВт, кон­струкционной скоростью 110 км/ч, силой тяги в часовом режиме 447 кН, скоростью 72 км/ч (рис. 9.17) был первым магистральным локомотивом с бесколлекторным приводом (Россия) [29].

Каждая секция электровоза оборудована четырьмя асинхронными тяговыми двигателями (АТД) мощностью 1200 кВт каждый. Два дви­гателя одной двухосной тележки получают питание от преобразова­теля частоты, состоящего из выпрямителя, LС-фильтра в контуре постоянного тока и двух автономных инверторов напряжения. Часто­та тока статора АТД задается системой управления инвертором с обратной связью по частоте вращения ротора и заданной частоте тока ротора:f₁=f_вр +f₂. Напряжение статорной цепи, регулируется примерно пропорционально частоте (U_x/f_x = const) посредством пере­ключения числа витков вторичной обмотки трансформатора с помо­щью электрического группового контактора (ЭКГ) и плавного меж­ступенчатого регулирования посредством тиристорных ветвей выпря­мительных установок.

Схема ВИП электровоза ВЛ80А представляет собой трехфазную схему с общим на три фазы устройством принудительной конденса­торной коммутации, амплитудным способом регулирования напряже­ния и устройством заряда конденсаторов от отдельной вторичной обмотки трансформатора напряжения 900 В. Это устройство позволя­ет сохранять коммутирующую способность инвертора при больших пусковых токах и низком входном напряжении U_d.

Конструктивно ВИП выполнен в виде шкафов с главными и ком­мутирующими тиристорами и обратными диодами, имеющими воз­душное охлаждение. Первые образцы АИН для опытного электропод­вижного состава выполнялись на тиристорах с невысоким предель­ным током и низкого класса по напряжению, что требовало при­менять сложные схемы группового включения тиристоров. Это значи­тельно снижало надежность АИН и технико-экономические показате­ли. Масса и размеры устройств принудительной конденсаторной ком­мутации были не менее силовых тиристорных шкафов. По мере усо­вершенствования силовых тиристоров разработчики стремились сделать АИН с одним тиристором в плече.

Появление запираемых тиристоров (GTO) на предельные токи до 3 кА 45-го класса позволило совершить качественный скачок в созда­нии АИН для электроподвижного состава, применить схему с одним тиристором в плече и отказаться от устройств принудительной кон­денсаторной коммутации. Это позволило существенно улучшить все показатели асинхронного тягового привода [31, 33]. Конфигурация высокоскоростного поезда ICE (Inter City Express) (рис. 9.18) может изменяться в результате изменения числа прицепных вагонов. В го­лове и хвосте поезда включается электровоз. Общая мощность двух электровозов в поезде 9600 кВт, максимальная скорость движения 250 км/ч. Масса шкафа одного ПЧ 3500 кг, объем 6 м³.

Рис. 9.17. Схема одной секции электровоза 2(2о-2о) ВЛ80А:

ГВ — главный выключатель; Т — тяговый трансформатор ОЦР5600/25 (мощностью 5600 кВА, U₂=2060 В; I₂=2400 А); ВИУ-2х1200 — выпрямительно-инверторная установка (преобразователь частоты с промежуточным контуром постоянного тока), АИН1—АИН4 — автономные инверторы напряжения (мощностью 1200 кВт, U₁=0+1450 В, f₁=0,5+140 Гц, U_d=0+l870 В); I, II. III, IV — асинхронные тяговые двигатели (АТД) НБ602 (Р=1200 кВт, U_ф=750 В, I_ф=680 A, cos φ=0,835, f_1ном=94 Гц, f_2ном = 1 Гц, М=8250 Нм, η=0,94, μ=4,4,m=3900 кг, n=1410 об/мин, 2р=8); СР1, СР2 — сглаживающие реакторы РС32 (L_H=4 мГ, I_и=1850 А), ДС — датчик скорости; f_рот, f₂,f₁ — соответ­ственно частоты вращения ротора, тока в роторе, тока в статоре; СУ— схема управления; КМ — контроллер машиниста; КЗ — короткозамыкатели; L1, 12 — дроссели; Сф1, Сф2 — конденсаторы фильтра; Р1-Р6 — разъединители; ЭКГ — групповой переключатель

Рис. 9 18 Схемы электровоза (а) высокоскоростного поезда ICE с АТД и преобразо­вателями частоты на GTO-тиристорах и преобразователя (б) частоты на GTO-тиристорах на ток 3500 А напряжением 4500 В

ВВ — высоковольтный выключатель, Т — тяговый трансформатор, ПЧ1. ПЧ2 — преобразователь частоты, СД — сглаживающий дроссель, Р1-Р4 — разъединители, 4QS1-4QS4 — четырехквадрантные преобразователи, Cl, C2, С_ф1, С_ф2 — конденсаторы фильтра, LI, L2 — дроссели, АИН1, АИН2 — автономные инверторы напряжения, L_AI-L_t4 — дроссели тяговых двигателей, I-IV — асинхронные тяговые двигатели, ВПЧ1-ВПЧЗ — преобразователи частоты вспомогательных потре­бителей электровоза

На базе рассмотренной концепции преобразовательной техники с АИН, обладающей высокой гибкостью реализации конкретного типа электроподвижного состава, созданы образцы многосистемного электрического подвижного состава на две, три и более системы тока в тяговой сети. Особенно важным для российских железных дорог является создание электроподвижного состава с АТД на две системы тока: однофазного переменного тока напряжением 25 кВ, 50 Гц (или 15 кВ, 16 2/3 Гц) и постоянного тока 3 кВ.

Двухсистемный электровоз серии 1822 Австрийских федеральных железных дорог (рис. 9.19) предназначен для выполнения перевозок в тяжелых условиях горных альпийских участков железных дорог. Он имеет следующие технические данные: формулу 2о + 2q, мощ­ность в тяговом режиме и в режиме рекуперативного торможения 4400 кВт, конструкционную скорость 140 км/ч, напряжение про­межуточного контура постоянного тока 3500 В. Преобразователь частоты состоит из входных преобразователей 4QS, промежуточ­ного контура постоянного тока и автономных инверторов напря­жения с ШИМ. Особенностью является применение трехточечной схемы [25], которая характеризуется тем, что в промежуточной цепи доступна средняя точка. Благодаря этому можно реализовать схему последовательного соединения двух GTO тиристоров 45-го класса и обеспечить надежную работу АИН при питании от контактной сети постоянного тока с максимальным напряжением 4,2 кВ.

Дата добавления: 2014-01-07