Geum.ru

При рассмотрении различных варианты тяговых электроприводов (тэп) одним из альтернативных вариантов является тэп с двухфазным асинхронным двигателем (тад) [1]

Вид материалаДокументы

Содержание


Цель работы.
Подобный материал:

електромеханічні системи та автоматизація



ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С ДВУХФАЗНЫМИ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ, С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ЗВЕНОМ НАПРЯЖЕНИЯ, МОДУЛИРОВАННОГО ПО СИНУСОИДЕ

Шаповал В.П.

Государственное предприятие Харьковский метрополитен

Чернышев А.А.

Украинская государственная академия железнодорожного транспорта


Введение. Тяговые электроприводы эксплуатируемого электрифицированного транспорта в Украине, являясь неэкономичными и неэффективными, требуют замены на современные, каковыми являются электроприводы переменного тока. При рассмотрении различных варианты тяговых электроприводов (ТЭП) одним из альтернативных вариантов является ТЭП с двухфазным асинхронным двигателем (ТАД) [1].

^ Цель работы. Разработка более совершенной структуры ТЭП переменного тока.

Материалы и результаты исследований. Традиционная, широко применяемая в современном городском электротранспорте, схема тягового электропривода (ТЭП-3) с трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором (АД) и IGB-транзисторным инвертором, а также тормозным IGB-транзисторным преобразователем (чоппером) упрощенно представлена на рис. 1, где G – питающая контактная сеть, КМ – линейный контактор, ZD – фильтр, UQ – тормозной чоппер, RQ – тормозной резистор, UM – инвертор, ММ – тяговый АД. Несмотря на высокое совершенство традиционной схемы ТЭП, смущает большое количество IGB-транзисторов, приборов менее надежных и экономичных, чем тиристоры. Кроме того, при резисторном торможении во избежание подпитки резистора RQ от питающей сети необходимо отключать линейный контактор КМ, что увеличивает его износ.

Альтернативная схема, приведенная на рис. 2, представляет ТЭП на базе двухфазного АД (ТЭП-2). Обмотки αξ и βψ электрически не связаны между собой, сдвинуты в пространстве на 90 эл.град и питаются каждая от своего преобразовательного блока. Блоки идентичны друг другу и состоят из формирователей однополярных полуволн напряжения модулированного по синусоидальному закону IGB-транзисторными модулями (ТМ). При постоянном входном напряжении UPM=Ud формирователи создают на своих выходах соответствующие напряжения UD1 и UD2, регулируемые по величине и частоте. На рис. 3 показано напряжение UD1 и идентичное ему по форме напряжение UD2 сдвинутое относительно UD1 на 90 эл. градусов. Напряжения UD1 и UD2 модулированы с частотой fM синхронно обоими ТМ.

Полуволны напряжений UD в каждом блоке преобразователя через тиристорно-диодные мосты UR поочередно подводятся к обмоткам АД. Так, в первом блоке положительная полуволна напряжения Uα на обмотке αξ образуется при включении пары тиристоров 1V1 – 1V3 на интервале [0…π]. Фазный ток АД при этом протекает по таким цепям:

При включенном Т1М к фазе αξ прикладывается импульс напряжения амплитудой Ud и фазный ток iα протекает от (+)Р источника через Т1М, 1V1, обмотку αξ, 1V3, к (-)М источника.

При отключенном Т1М ток iα замыкается в контурах ξ – 1D4 – 1V1 – α и ξ – 1V3 – 1D2 – α, фазное напряжение при этом равно нулю.

Для формирования отрицательной полуволны напряжения Uα при ωt=π, принудительно отключают пару тиристоров 1V1 – 1V3, для чего используют узел принудительной коммутации UK. Коммутационный процесс протекает следующим образом. Включаем коммутационный тиристор VK. Через него перезаряжается конденсатор СК, под действием обратного напряжения на СК тиристор VK отключается. Далее, отключается Т1М, включается распределительный тиристор VA1 и конденсатор СК вновь перезаряжается в прямом направлении через диоды 1D3–1D4 и 1D2–1D1. при этом тиристоры 1V1 и 1V3 отключаются. Прямое напряжение на СК запирает тиристор VA1, избыток напряжения на конденсаторе СК сбрасывается в конденсатор CD через резистор RA, а остаток фазного тока iα (индуктивный ток) протекает по цепи ξ – 1D4 – обратный диод модуля Т1М – CD – 1D2 – α до тех пор пока не спадет до нуля. Напряжение на обмотке при этом –U΄α. Включением пары тиристоров 1V2 – 1V4 формируется отрицательная полуволна тока iα. Таким образом, тиристорно-диодный мост UR выполняет функцию реверсирования полувон напряжения и тока в фазе АД.

Особенностью альтернативного ТЭП является схема подключения тормозного чоппера, – между формирователем синусоиды тока ТМ и мостом-реверсором UR. В режиме торможения, на интервале генерации АД активной мощности, ТМ отключен, ТQ включен; на интервале восполнения АД реактивной мощности ТМ включен, а ТQ отключен. Таким образом, исключается подпитка тормозных резисторов RQ со стороны питающей контактной сети. В результате не требуется лишний раз оперировать линейным контактором. Цепочка LZ–CZ–RZ ограничивает скорость нарастания модулирующих импульсов напряжения, что способствует смягчению условий работы изоляции двигателя и кабеля.

Меньшее количество IGB-транзисторных модулей в двухфазной системе позволяет надеяться на уменьшении величины потерь в преобразователе, повышение надежности и экономичности ТЭП.



Рисунок 1– Принципиальная схема тягового электропривода с трехфазным инвертором и тормозным преобразователем – чоппером



Рисунок 2 – Принципиальная схема тягового электропривода с двухфазными асинхронным двигателем и преобразователем



Рисунок 3 – Диаграммы напряжений на выходах формирователей ТМ1 и ТМ 2 при синхронной модуляции напряжений


Выводы. Первичный анализ показывает, что альтернативная двухфазная система ТЭП превосходит традиционную трехфазную, по ряду важнейшим техническим показателям и может быть рекомендована на перспективу.


ЛИТЕРАТУРА
  1. Гусевский Ю.И., Панасенко Н.В., Гаращенко А.П. Перспективы применения двухфазных асинхронных электродвигателей в автоматизированных системах электрического транспорта // Тезисы докладов II международной конференции "Состояние и перспективы развития электроподвижного состава" (Новочеркасск, 4-8 июня 1997).-Новочеркасск. - 1997. - С. 41-42.

Вісник КДПУ. Випуск 6/2006 (41). Частина 2