- •Электрические передачи локОмОтивов и тяговые статические преобразователи Учебное пособие
- •4.4. Электрическая передача с асинхронными тяговыми
- •Глава 5. Системы регулирования напряжения тяговых
- •5.1.2. Система возбуждения тягового генератора с использованием
- •Глава 6. Опытные и перспективные разработки систем
- •Глава 7. Управление тяговыми электродвигателями
- •Глава 8. Тяговые преобразователи электрических передач
- •Глава 9. Электрическое торможение………………………………… 124
- •1. Передачи локомотивов. Назначение передач и требования, предъявляемые к ним. Виды передач. Тяговые характеристики локомотивов.
- •2. Общие сведения о тяговых электрических машинах, применяемых в электрических передачах локомотивов.
- •. Электрические машины постоянного тока
- •2.2. Синхронные тяговые электрические машины
- •2.3. Асинхронные тяговые электрические машины
- •2.4. Вентильные тяговые электрические машины
- •3. Принципы построения и основные характеристки электрических передач локомотивов
- •3.1. Передачи постоянного тока
- •3.2. Передачи переменно-постоянного тока
- •3.3. Передачи переменного тока
- •4. Опытные и перспективные разработки электрических передач переменного тока
- •4.1. Электрическая передача локомотива с полюсо-переключаемыми электрическими машинами (разработка мэи)
- •4.2. Электрическая передача локомотива с асинхронным тяговым генератором
- •4.3. Электрические передачи локомотивов с асинхронными тяговыми двигателями, имеющими фазный ротор
- •4.4. Электрические передачи локомотивов с асинхронными тяговыми двигателями, имеющими фазный ротор и поворотный статор
- •5. Системы регулирования напряжения тяговых генераторов в электрических передачах локомотивов
- •5.1. Электромашинный способ регулирования напряжения возбуждения тягового генератора
- •5.1.1. Система возбуждения тягового генератора с использованием возбудителя с поперечно-расщепленными полюсами
- •5.1.2. Система возбуждения тягового генератора с использованием возбудителя с продольно-расщепленными полюсами
- •5.2. Аппаратный способ регулирования напряжения возбуждения тягового генератора
- •5.3. Тиристорный способ регулирования напряжения возбуждения тягового генератора
- •6. Опытные и персепктивные разработки систем регулирования напряжения тяговых генераторов
- •6.1. Микропроцессорная система автоматического регулирования электрической передачи уста
- •6.2. Электронная система регулирования скорости вращения вала и мощности дизеля (электронный регулятор)
- •6.3. Микропроцессорная система регулирования напряжения тягового генератора с переменным коэффициентом передачи регулятора
- •7. Управление тяговыми электродвигателями в электрических передачах локомотивов
- •7.1. Управление тяговыми электродвигателями постоянного тока
- •5.1.1. Управление тяговыми электродвигателями постоянного тока изменением напряжения
- •7.1.2. Управление тяговыми электродвигателями постоянного тока изменением магнитного потока возбуждения
- •7.2. Электрическая передача с поосным регулированием касательной силы тяги
- •7.3. Управление асинхронными тяговыми электродвигателями
- •8. Тяговые преобразователи электрических передач локомотивов
- •8.1. Тяговые выпрямительные установки
- •8.2. Тяговые автономные инверторы
- •8.2.1. Автономные инверторы тока
- •8.2.2. Автономные инверторы напряжения
- •8.3. Тяговые непосредственные преобразователи частоты
- •9. Электрическое торможение
- •9.1. Электрическое торможение в электрических передачах постоянного и переменно-постоянного тока
- •9.2. Электрическое торможение в электрических передачах переменного тока
- •Литература
3.3. Передачи переменного тока
В передачах переменного тока вместо коллекторных тяговых электродвигателей применяют бесколлекторные двигатели переменного тока. Основными видами бесколлекторных двигателей являются асинхронный и вентильный (синхронный) двигатели. Применение в электрических передачах вентильных двигателей в качестве тяговых сдерживается рядом причин. Во-первых, регулирование скорости вращения ротора возможно только за счет изменения частоты подводимого напряжения. При этом изменение частоты подводимого напряжения должно строго соответствовать скорости вращения ротора не только в установившихся, но и в переходных процессах. Во-вторых, существенные трудности возникают с созданием достаточно большого момента при трогании локомотива.
Наиболее перспективен в этом отношении асинхронный двигатель, благодаря следующим преимуществам: простота, надежность, высокая удельная мощность, жесткая характеристика, сравнительно низкая стоимость. При одинаковых крутящем моменте и мощности масса асинхронного двигателя на 25 - 30% меньше, чем двигателя постоянного тока. Применение передачи переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями на тепловозах долгое время сдерживалось отсутствием надежного и экономичного преобразователя частоты.
Работы по исследованию и разработке передачи переменного тока начались в СССР в середине 60-х годов. В 1968 году передачей переменного тока были оборудованы секции электровоза ВЛ80А и ВЛ80В (передачи содержали как асинхронные, так и вентильные тяговые двигатели), в 1969 году - тепловоз ВМЭ и секция турбопоезда. Позднее асинхронные тяговые двигатели были установлены на электровозах ВЛ86Ф. В 1976 году построен опытный грузовой тепловоз ТЭ120 с асинхронными двигателями. Актуальным это направление развития локомотивостроения является до настоящего времени. Несколько вариантов электрических передач с бесколлекторными тяговыми двигателями представлено на рис. 3.3. Основными элементами передач переменного тока являются тяговый синхронный генератор (СГ), тяговая выпрямительная установка (ВУ), инвертор (И) (или управляемый коммутатор, выполняющий функции инвертора), непосредственный преобразователь частоты (НПЧ) (или управляемый коммутатор, выполняющий его функции), асинхронный (АД) или вентильный (ВД) тяговые двигатели. Применение бесколлекторных тяговых двигателей на электроподвижном составе стало возможным с появлением тиристоров. На первом отечественном электровозе ВЛ80А с асинхронными тяговыми двигателями были использованы тиристоры ТЛ200 на ток 200А и рабочее напряжение 800В. Позднее были созданы тиристоры на токи до 2500А и напряжение до 4500В. Если на каждый асинхронный тяговый двигатель электровоза ВЛ80А приходилось первоначально около 180 тиристоров ТЛ200, то применение новых тиристоров позволило снизить их количество до 6 – 12 в одном инверторном звене.
Появление интегральных микросхем и микропроцессорной техники явилось новой ступенью в совершенствовании систем управления электрическими передачами переменного тока. Не так давно появились тиристоры, запираемые по управляющему электроду, а также силовые транзисторы. Их применение позволяет существенно снизить удельную массу преобразователей, упростить и повысить их надежность. Темпы совершенствования преобразовательной техники в настоящее время таковы, что примерно каждые 5 – 7 лет появляется новое поколение силовых полупроводниковых приборов.
Одним из направлений совершенствования электрических передач переменного тока является применение в качестве тягового генератора асинхронной тяговой электрической машины с фазным ротором.
Таблица 3.3.
Основные показатели асинхронных тяговых двигателей,
применяемых в электрических передачах локомотивов
Тип асинхронного тягового двигателя |
Серия локомотива |
Мощность, кВт |
КПД, % |
Масса, кг |
δ, кг/кВт |
ЭД900У1 |
ТЭ120 |
380 |
93,5 |
2300 |
6,1 |
НБ607 |
ВЛ86Ф |
900 |
93,5 |
4200 |
4,7 |
НБ602 |
ВЛ80А |
1200 |
94,0 |
3900 |
3,3 |
BQq4843 (Швейцария) |
|
1400 |
|
2380 |
1,7 |
BAZ10577|6 (Германия) |
|
1430 |
|
2320 |
1,6 |