Устройство для охлаждения тяговых двигателей, питающихся через выпрямитель от четырехпроводной трехфазной сети

(54) УСТ ВЫХ Д ВЫПР ТРЕХФ (57) Ис с элект строиства ре спортных ср тател ьные теплообмен ва, включающ -постоя н ного силового об улирования охдств, содержа- устройства, ики. Известны ие электропритока с системарудования. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР1 ГОСПАТЕНТ СССР)(71) Луганский машиностроительный инстут(56) Авторское свидетельство СССРМ 1532353, кл, В 6011/06, 1988.Нестеров Э,И, и др, Новости зарубежго тепловозостроения, Обзор, МЦНИИТИтяжмаш, 1987, с. 3-15. РОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЯГОВИГАТЕЛЕЙ, ПИТАЮЩИХСЯ ЧЕРЕЗ МИТЕЛЬ ОТ ЧЕТЫРЕХПРОВОДНОЙ АЗНОЙ СЕТИользование; транспортные средства роприводом переменно-постоянного Изобретен силового обо средств, имею перемен но-пос большегрузные может быть отн тных средств. Известны у лаждения тран щие нагне воздуховоды и также устройст вод переменно ми охлажденияе относится к охлаждению рудования транспортных щих тяговый электропривод тоянного тока (тепловозы, автомобили, электровозы) и есено к подклассу транспорОбщим недостатком этих устройств явяется невозможность полезного использоания избытка энергии, затрачиваемой агнетательными устройствами на охлаждеие транспортного средства. стока, Сущность изобретения; устройство содержит блок управления, асинхронный мотор-вентилятор (АМВ) с фазным ротором (ФР), выпрямитель и нагрузочные резисторы, подключенные к обмоткам ФР, а также контактор, При максимальной тяге контактор закорачивает обмотки ФР и АМВ обеспечивает максимальную подачу охлаждающего воздуха, В режиме регулирования напряжение обмоток ФР поступает на выпрямитель и через него в цепь переменного тока электропривода. Этим часть мощности АМВ возвращается в энергосистему транспортного средства, Г 1 ри минимальной тяге ток обмоток ФР проходит по нагрузочным резисторам, обеспечивая минимум скорости АМВ и подачи охлаждающего воздуха, 2 ил,Прототипом является устройство регулирования охлаждения транспортного средства с электроприводом, используемое в тепловозе ЯО 60 фирмы "Сепега Мосогз" США, содержащее асинхронные мотор-вентиляторы и систему управления ими, всздуховоды, теплообменники.Недостаток прототипа заключается в следующем, Устройство включает три двухскоростных асинхронных мотор-вентилятора, т,е, регулирование подачи воздуха и, следовательно, охлаждение, возможно только ступенчатое. При этом, поскольку превышение температуры оборудования сверх допустимой крайне нежелательно, в большинстве режимов работы тепловоза имеет место некогоро. переохлаждени силового оборудования, чем обусловлен определенный перерасход энергии на охлаждение, избыток которой теряется без 1787812возвратно, кроме того, для некоторых агрегатов, например, для дизеля, переохлаждение неполезно.Целью изобретения является увеличение эффективности охлаждения с обеспечением повышенного КПД тяговых двигателей.Это достигается тем, что в устройство для охлаждения тяговых двигателей, питающихся через выпрямйтель от цетырехпроводной трехфазной сети, содержащее асинхронный мотор-вентилятор, связанный воздуховодами с теплообменниками и подключенный статорчой обмоткой к блоку управления, введены вспомогательный выпоямитель, нагрузочные резисторы и конгактор с замыкающими контактами, а аслнхронный мотор-вентилятор выполнен с фазным ротором, причем вход вспомогательного выпрямителя соединен с включенными в звезду обмотками ротора аси, хронного мотор-вентилятора,а выходс аь водами для подключения нулевого провода и одного лз выходных полюсов силового выпрямителя, катушка контактора включена между выводами двух статорных Обмоток асинхронного мотор-вентилятора, а его замыкающие контакты - между вывода 1 и обмоток ротора последнего, соедипенными с первыми выводами нагрузочных резисторов, вторые выводы которых Объединень 1 между сОбОЙ,Приведенное сочетание существующих признаков в аналогах не обнаружено,На фиг 1 показана структурная схема устройства там же приведена схема электропривода переменно-постоянного тока тепловоза; на фиг, 2- вольтамперная характеристика электропривода,Трехфазная четырехпроводная сеть 1, питаемая, например, от тягового генератора (на фиг, 1 не показан) или внешнего источника, подключена к силовому выпрямителю 2, которыл питает тяговые двигатели 3 постоянного тока. Устройство 4 для охлаждения включает асинхронный мотор-вентилятор 5, состояший из статора 6, фазного ротора 7 и механически соединенных с ротором 7 лопастей 8, воздуховоды 9и теплообменники 10. осуществляющие отвод тепла от охлакдаемых агрегатов, Обмотки статора 6 подключены к блоку управления 11 асинхронным мотор-вентилятором. 5, на линейное напрякение обмоток статора 6 включена катушка 12 контактора, замыка,ощие контакты 13 и 14 которого подключены к линейным выводам обмоток ротора 7, к ним .же подключены вспомогательный выпрямитель 15 и Одни выводы нагрузочных резисторов 16, другие 202530 3540 45 выводы которых объединены. Один из полюсов постоянного тока вспомогательного выпрямителя 15 соединены с одноименным полюсом силового выпрямителя 2, второй - с нулевым проводом трехфазной сети 1,Вольтамперная характеристика электропривода тепловоза, показанная на фиг, 2, включает следующие участки;а) вертикальный участок 17 - ток привода максимальный, напряжение изменяется от нуля до некоторого минимального значения - режим развития максимальной тяги при малой или нулевой скорости движения - режим трогания, первоначального набора скорости или движения на подъем;б) горизонтальный участок 18 - ток минимальный до нулевого, напряжение максимальное - режим минимальной тяги при большой скорости движения - движение под уклон, переход к торможению;в) гиперболический участок 19 - ток и напряжение принимают промежуточные между макслмальным и минимальным значения - все остальные режимь 1 работы,Устройство работает следующим образом,При работе электропривода на участке 17 и высокой +20, +40" С температуре окружающего транспортное средство воздуха необходима максимальная подача охлаждающего воздуха в теплообменники 10, В этом режиме блок управления 11 подает максимальное напряжение на статор 6 асинхронного мотор-вентилятора 5, ток катушки 12, проходящий под действием этого напряжения, достаточен для срабатывания контактора и происходит замыкан 1 ле контактов 13 и 14, При этом асинхронный мотор-вентилятор 5 работает как двигатель с короткозамкнутым ротором и жесткой механической характеристикой, т,е, с минимальным скольжением и максимальной скоростью, обеспечивая максимальную подачу охлаждающего воздуха в теплообменники 10,При переходе электропривода на участок 19, т,е, понижении тягового момента, или работе транспортного средства при низкой температуре окружающего воздуха для охлаждения достаточна меньшая подача воздуха, Б этом случае блок управления 11 понижает напрякение на статоре 6 снижается ток катушки 12 контактора и размыкаются контакты 13 и 14, Переменное напряжение фазньх Обмоток ротора 7 поступает на вспомогательный выпрямитель 15 и через него в трехфазную четырехпроводную сеть 1 и на силовой выпрямитель 2, При этом в трехфазном напряжении сети 1 появляется нулевая составляющая, повышающая амплитуду первой гармоники на1787812 55 пряжения и, следовательно, выходное напряжение силового выпрямителя 2,Т,о, часть мощности фазного ротора 7 расходуется на повышение напряжения, и соответственно мощности питания тяговых двигателей 3. Как известно электромагнитная мощность асинхронно мотор-вентилятора 5, как всякого асинхронного двигателя, складывается из механической мощности двигателя и мощности электрических потерь в цепях обмотки ротора, последняя равна произведению электромагнитной мощности на скольжение, В данном случае потери электрической мощности в цепях обмотки ротора 7 складываются из потерь на нагрев проводников ротора 7 и связанных с ним цепей, а также мощности, переданной в трехфазную сеть 1, Следовательно, чем большая мощность передается из обмоток ротора 7 в трехфазную сеть 1, тем больше скольжение и меньше скорость асинхронного мотор-вентилятора 5,Чем меньший ток потребляет тяговые двигатели 3, тем меньше выделение тепла двигателя 3, которое в большей части пропорционально квадрату тока, и снижается необходимость в охлаждающем воздухе. С другой стороны, уменьшение тока тяговых двигателей 3 приводит к практически пропорциональному повышению напряжения на них в соответствии с гиперболическим характером участка 19, Соответственно возрастает мощность, отдаваемая асинхронным мотор-вентилятором 5 в трехфазную сеть 1, и следовательно, его скольжение,Поскольку с ростом скольжения линейно снижается скорость асинхронного мотор-вентилятора, а подача воздуха приближенно пропорциональна второй степени скорости вентилятора, то характеристика устройства регулирования охлаждения 4 хорошо согласуется с характеристиками охлаждаемых агрегатов.Это способствует повышению точности регулирования, что приводит к повышению КПД транспортного средства не только за счет возврата части мощности, затраченной на охлаждение, в сеть, но и снижения мощности охлаждения путем повышения точности поддержания нужной температуры агрегатов,При работе на участке 18 из-за малогозначения тока, потребляемого тяговыми5 двигателями 3, и большого напряжения отдача мощности из ротора 7 в трехфазнуючетырехпроводную сеть 1 практически прекращается и ток обмоток ротора 7 происходит по нагрузочным резисторам 16,10 сопротивления которых выбраны из условияобеспечения подачи минимального количества воздуха, необходимого для охлажденияв этом режиме.Асинхронный мотор-вентилятор 5 рабо 15 тает как обычный асинхронный двигатель срезисторами в цепи ротора,Предложенное устройство позволяет всравнении с прототипом повысить КПДтранспортного средства на 0,5-2 за счет20 рекуперации энергии в его сеть. Формула изобретенияУстройство для охлаждения тяговыхдвигателей, питающихся через выпрями 25 тель от четырехпроводной трехфазной сети,содержащее асинхронный мотор-вентилятор, связанный воздуховодом с теплообменниками и подключенный статорной обмоткойк блокууправления,отл ич а ю щееся тем,30 что, с целью повышения эффективности охлаждения с обеспечением повышенного КПДтяговых двигателей, в него введены вспомогательный выпрямитель. нагрузочные резисторы и контактор с замыкающими35 контактами, а асинхронный мотор-вентилятор выполнен с фазным ротором, причем входвспомогательного выпрямителя соединен свключенными в звезду обмотками ротораасинхронного мотор-вентилятора, а выход - с40 выводами для подключения нулевого проводаи одного из выходных полюсов силового выпрямителя, катушка контактора включенамежду выводами двух статорных обмотокасинхронного мотор-вентилятора, а его за 45 мыкающие контакты - между выводами обмоток ротора последнего, соединенными спервыми выводами нагрузочных резисторов, вторые выводы которых объединенымежду собои,501787812 оставитель Б.Невзлинехред М,Моргентал Корректор О,Густи Редактор В,Фельдман роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 аз 39 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5