Закордонний досвід створення ЕПС - Асинхронні тягові двигуни
| Передумови для впровадження та переваги АТД |
| Режими навантажень асинхронних тягових двигунів |
| Вимоги експлуатації до характеристик асинхронних тягових двигунів |
| Формування обертової МДС статорної обмотки |
| Вимоги до параметрів асинхронних тягових двигунів |
| Перетворювачі частоти |
| Основні вимоги до елементної бази перетворювачів частоти |
| Способи підвищення енергетичних показників ЕПС |
| Вихідні перетворювачі на основі автономних інверторів напруги |
| Амплітудний та широтно-імпульсний способи регулювання вихідної напруги інвертора |
| Особливості конструкції асинхронних тягових двигунів |
| Особливості проектування асинхронних тягових двигунів |
| Електромагнітні процеси в силових ланцюгах ЕПС |
| Спектральний склад струмів та напруг на виході перетворювачів частоти |
| Стійкість роботи тяжкості асинхронної машини в генераторному режимі |
| Переведення асинхронної машини у генераторний режим |
| Система регулювання частоти |
| Система регулювання напруги |
| Захист напівпровідникових перетворювачів від перенапруг та надструмів |
| Вітчизняний досвід створення електровозів із асинхронними тяговими двигунами |
| Зарубіжний досвід створення ЕПС |
В експлуатації у різних країнах перебувають понад 250 одиниць ЕПС із асинхронними тяговими двигунами. Асинхронні тягові двигуни використовуються на магістральних та маневрових електровозах, тепловозах, на електропоїздах, як приміських,так і метрополітенів. Нижче буде розглянуто параметри електровозів, ефективність яких вже підтверджена досвідом. До них насамперед відносяться електровози Е-120 та Е-1200, що експлуатуються на державних залізницях та промисловому транспорті ФРН. Представляють також інтерес і електровози ЕА-3000, що експлуатуються в Данії, та електровози Е-17, що експлуатуються в Норвегії. По електропоїздах метрополітену накопичено досвід експлуатації у ФРН та Фінляндії. Далі буде розглянуто переважно електрообладнання ЕПС, специфічне для асинхронного приводу тягового. Параметри електровозів із асинхронним тяговим двигуном. Основні параметри електровозів зведені у табл. 13.4. Конструктивні особливості електровозів, що розглядаються: всі електровози мають індивідуальний привід осей і рамне підвішування тягових двигунів; внаслідок малої маси електровоза, що припадає на одну вісь, та значної маси електричного обладнання механічна частина електровоза гранично полегшена; всі електровози (крім електровоза Е-1200) забезпечують рекуперацію енергії при потужності приблизно рівної тягової потужності електровоза; всі електровози відрізняються малим впливом, що заважає, на лінії зв'язку і пристрої СЦБ; Всі електровози відрізняються хорошими тяговими властивостями і мають досить досконалі пристрої для підтримки високого коефіцієнта використання зчеплення у всіх режимах. Іншими словами, на цих електровозах досить повно реалізовані протибоксувальні властивості асинхронного тягового двигуна. Розробником та виробником перетворювачів н систем їх регулювання є фірма ВПС (Швейцарія). Особливості цього обладнання буде розглянуто нижче. Для всіх перелічених електровозів вже накопичено досвід експлуатації. Електровози Е1-17виявили добрі тягові властивості при роботі в умовах Заполяр'я на важкому гористому профілі. Однак надійність електричного обладнання на початку експлуатації була нижчою ніж у електровозів, що серійно експлуатуються. Надалі надійність неухильно підвищувалася. Таблиця 13.4
| Параметр |
Потужність, кВт Швидкість, км/год:
номінальна Сила тяги, кН:
Напруга контактної мережі, кВ
Частота струму контактної мережі, Гц Діаметр коліс, мм
| Показник |
Об'єм перевезень, млн. т-км
Відносні експлуатаційні витрати
Витрати часу на періодичний ремонт (один раз на 3 міс), добу
Число пошкоджень на 1 електровоз на місяць
Маса тягового двигуна однакової потужності, т
Відносне збільшення коефіцієнта зчеплення при швидкостях, км/год: 0-10
Витрата піску, кг/млн. т-км
Схема перетворювача (рис. 13.12), розроблена фірмою ВПС, використовується на електровозах Е-120, ЕА-3000 та Е1-17. У цьому перетворювачі вхідний випрямляч разом з фільтром ЛФ - Сф стабілізує напругу на виході. Споживаний з мережі синусоїдальний струм завдяки широтно-імпульсної модуляції перетворюється на виході в струм, який має постійну складову та складову струму, синусоїдальну формою, до подвійної частоти; останню складову не пропускає фільтр, налаштований на подвоєну частоту в порівнянні з частотою напруги живлення. Для перетворювача фірми ВПС характерне збільшення загальної кількості тиристорів через наявність комутируючих тиристорів, встановлена потужність яких дорівнює встановленої потужності головних тиристорів внаслідок багаторазових комутацій струму протягом періоду його зміни. З цієї причини помітнозростають втрати у перетворювачі. У випрямну ланку перетворювача входять тиристори VS1 - VS4 і діоди VD1 - VD4. Вузол комутації випрямляча складається з комутувальних тиристорів комутувальних дроселів LK та комутувальних конденсаторів Ск. У контури комутації інвертора входять комутують конденсатори Ск і комутують дроселі Lк. В якості інвертора використаний інвертор напруги, в якому, крім регулювання частоти, є можливість регулювання напруги при розгоні шляхом введення ШІМ. Широтноімпульсна модуляція напруги забезпечується вузлом комутації для кожної фази, наприклад для фази А. Завдяки використанню швидкодіючих тиристорів є можливість перемикати полярність напруги кілька разів за півперіоду з одночасним регулюванням тривалості імпульсу. Це досягається почерговою пропуском струму через тиристори, що комутують, і замиканням відповідно головних тиристорів. У проміжній ланці на вході інвертора включені фільтр Лφ - Сф, розрахований на подвоєну частоту живильної змінної напруги, і фільтрові конденсатори Сф. Дроселі Lc використовуються для зниження амплітуд вищих гармонік струму в процесі розгону поїзда. Після закінчення розгону дроселі закорочуються контактами контакторів К1 - К3. При виході на номінальну напругу імпульсна модуляція напруги припиняється і форми фазної напруги та струму стають звичайними для інвертора напруги (див. рис. 13.11). Західнонімецька фірма AEG прийняла іншу концепцію при створенні електровозного перетворювача, схема якого представлена на рис. 13.13 а. Тут здійснюється амплітудне регулювання напруги у випрямлювальній ланці та регулювання частоти в інверторі струму, який не вимагає комутувальних тиристорів, що суттєвоспрощує перетворювач. Головні тиристори можуть бути повільно діючими. Не потрібний і конденсатор фільтра.
Однак ємність комутувальних конденсаторів повинна бути значною, оскільки комутуючий контур входить індуктивність обмоток тягового двигуна. У міру вдосконалення тиристорів інвертори струму втрачають свої первісні переваги.
