Тяговий ланцюг під напругою, що містить шини живлення електровоза

1 Тяговий ланцюг під напругою, що містить шини живлення елеісгровоза, у якому кожна шина принаймні однієї частини шин живлення містить фільтр 2F, який відрізняється тим, що середні точки фільтрів 2F шин живлення з'єднані між собою 2 Тяговий ланцюг під напругою за п 1, який відрізняється тим, що зазначена частина утворює першу половину шин живлення, а другу половину шин живлення з'єднано попарно з першою половиною шин живлення виконані у вигляді складених або селекційних шин, наприклад, схема IGBT (INSULATE GATE BIPOLAR TRANSISTOR - ізольований вентиль біполярного транзистора), яка забезпечує увімкнення електричних силових схем тягового ланцюга, що містить шини, які зроблено у вигляді складених шин Кожна складена шина містить N однофазних мостів з примусовим перемиканням, що дає змогу зменшити усі лінії від сім'ї 1 до сім'ї N-1 Внаслідок цього робоча характеристика, з точки зору відсутності коливань на контактній мережі, буде настільки вищою, наскільки краще буде забезпечено величину первинного струму І Для ізольованого однофазного моста з примусовим перемиканням завжди забезпечують загальну силу тяги при зрушенні з місця, зберігаючи якість з'єднання решти однофазних мостів з примусовим перемиканням Зазначена електрична силова схема електричного тягового ланцюга, яка містить шини, виконані у вигляді складених або секційних шин, розділених віссю, має такі переваги У випадку короткого замкнення струм перевантаження зменшується, а перевантажний момент обмежений лише на одному інверторі, і, отже, немає впливу на ІНШІ шини Схема електричного тягового ланцюга, яка містить шини, виконані у вигляді складених або секційних шин, має такі недоліки Оскільки кожна шина працює незалежно, через розкид напружень постійного струму на кож О о со о (О 60309 ному інверторі якість з'єднання N однофазних мостів з примусовим перемиканням на N складених шин не може забезпечити стабільність, тому гармоніки і величина первинного струму І погіршуються При цьому розміри однофазних мостів з примусовим перемиканням повинні бути дещо збільшені 4 На складені шини важко встановити устаткування У наведеній нижче таблиці 1 подано робочі характеристики різних електричних силових схем електричного тягового ланцюга попереднього рівня техніки Таблиця 1 Із допоміжним Наявність у погіустаткуванням Робочі характериОпора короткоршеному варіанГармоніки та ІРЕ Незалежність осей великої потужностики конструкції го Замкнення ті сті ЦІЛИКОВІ ШИНІ' (на електровозі) Складені шині' (на осі) ЦІЛИКОВІ на візку ШИНІ' Добрий Поганий Добрий Добрий Поганий Поганий Добрий Поганий Поганий Добрий Середній Середній Середній Поганий Середній Задача винаходу створити електричний тяговий ланцюг, що містить шини живлення електровоза, який мав би перевагу тягового ланцюга, що містить шини живлення, виконані у вигляді ціликовоі шини, також переваги тягового ланцюга, що містить шини живлення, виконані у вигляді складених шин Іншим завданням є створення електричного тягового ланцюга, що містить шини живлення електровоза, які не мають вад електричного тягового ланцюга Іншим завданням винаходу є створення електричного тягового ланцюга, що містить шини живлення електровоза, сукупність технічних характеристик якого була б покращеною Поставлена задача вирішується тим що тяговий ланцюг під напругою містить шини живлення електровоза Перевагами тягового ланцюга під напругою, що містить шини живлення електровоза, ВІДПОВІДНО до винаходу, є покращенні характеристики як потужності, так і гармонік Інші характеристики та переваги винаходу будуть зрозумілі з опису більш прийнятного варіанта втілення тягового ланцюга під напругою, що містить шини живлення електровоза, з посиланнями на супутні креслення, де фіг 1 зображує електричну схему електричного тягового ланцюга, що містить ВІДОМІ складені шини, фіг 1A-1D зображують, ВІДПОВІДНО, рівні гармонік та форму чотирьох вторинних струмів електричної схеми на фіг 1, фіг 2 - відома електрична схема електричного тягового ланцюга, що містить шини, виконані у вигляді ціликових шин на візку, фіг2А-2О - рівні гармонік та форма чотирьох вторинних струмів електричної схеми на фіг 2, фіг 3 - це відома електрична схема електричного тягового ланцюга, що містить шини, виконані у вигляді ціликових шин, фіг ЗА та ЗВ - рівні гармонік та форма чотирьох вторинних струмів електричної схеми на фіг З, фіг 4 - електрична схема першого більш прийнятного варіанта втілення електричного тягового ланцюга, що містить шини, виконані у вигляді наПІВЦІЛИКОВИХ шин, ВІДПОВІДНО до винаходу, фіг 4А та 4В - рівні гармонік чотирьох вторинних струмів електричного ланцюга на фіг 4, фіг 5 - електрична схема, ВІДПОВІДНО ДО другого варіанту втілення електричного тягового ланцюга, що містить дві шини, виконані у вигляді напівціликових шин, ВІДПОВІДНО до винаходу, фіг5А та 5С - схеми, аналогічні електричній схемі на фіг 5 для постійного струму, струмів 2F та короткого замкнення верхньої шини, ВІДПОВІДНО до винаходу, фіг 6 - електрична схема іншого варіанта втілення електричного тягового ланцюга, що містить шини, виконані у вигляді напівціликових шин, ВІДПОВІДНО до винаходу, фіг 7 - електрична схема іншого варіанта втілення електричного тягового ланцюга, що містить шини, виконані у вигляді напівціликових шин, ВІДПОВІДНО до винаходу На фіг 1 зображено електричну схему електричного тягового ланцюга, що містить шини, які виконано у вигляді складених шин, згідно з попереднім рівнем техніки Ця фіг 1 зображує схему електричного ланцюга, що містить чотири шина, та кожна шина містить один міст з примусовим перемиканням і один фільтр 2F ФіМА-Ю зображують, ВІДПОВІДНО, рівні гармонік та форму чотирьох вторинних струмів, які одержуються електричною схемою на фіг 1 за нормальної роботи із зупиненим однофазним мостом з примусовим перемиканням На фіг 2 зображено електричну схему електричного тягового ланцюга, що містить шини, виконані у вигляді ціликових шин на візку, згідно з попереднім рівнем техніки Ця фіг 2 показує тягову схему з чотирма шинами, причому кожна шина містить один однофазний міст з примусовим перемиканням та один фільтр 2F, при цьому шини виконано попарно таким чином, щоб кожна пара шин була б з'єднаною з двома однофазними мостами з примусовим перемиканням ir2A-2D зображують, ВІДПОВІДНО, рівні гармо нік та форми чотирьох вторинних струмів, що одержуються електричною схемою на фіг 2 за нормальної роботи із зупиненим двигуном На фіг 3 показано електричну схему електричного тягового ланцюга, що містить шини, виконані у вигляді ціликових шин, згідно з попереднім рівнем техніки На цій фіг 3 зображено тяговий ланцюг з чотирма шинами, причому кожна шина містить один однофазний міст з примусовим перемиканням, при цьому лише одна з шин містить фільтр 2F, а шини сконструйовано таким чином, щоб сукупність шин було з'єднано з чотирма однофазними мостами з примусовим перемиканням На фіг ЗА та ЗВ показано рівні гармонік та форму чотирьох вторинних струмів, що одержані електричною схемою на фіг З На фіг 4 подано електричну схему першого більш прийнятного варіанта втілення електричного тягового ланцюга, що містить шини, виконані у вигляді напівціликових шин, ВІДПОВІДНО ДО винахоДУ Тяговий ланцюг під напругою містить шини живлення електровоза Кожна шина живлення містить один фільтр 2F, середні точки якого з'єднані між собою, більш прийнятне, за допомогою вимикальних елементів Фіг 4 зображує тяговий ланцюг з чотирма шинами, причому кожна шина містить один однофазний міст з примусовим перемиканням та один фільтр 2F у цьому випадку, фільтри 2F виконані так, щоб середні точки фільтрів 2F шин живлення були б з'єднані між собою Фіг4А і 4В зображують, ВІДПОВІДНО, рівні гармонік та форму чотирьох вторинних токів, одержаних за допомогою електричної схеми на фіг 4 На фіг 5 показано електричну схему першого більш прийнятного варіанта втілення електричного тягового ланцюга, що містить дві шини, виконані у вигляді напівціликових шин, ВІДПОВІДНО ДО винахоДУ На фіг 5А-5С подано схеми, які аналогічні електричній схемі, що и зображено на фіг 5 для постійних струмів та короткого замкнення верхньої шини Фіг 6 зображує електричну схему другого більш прийнятного варіанта втілення електричного тягового ланцюга, що містить шини, виконані у вигляді напівціликових шин, ВІДПОВІДНО ДО винахоДУ Згідно З ЦИМ більш прийнятним варіантом електричного тягового ланцюга шини живлення з'єд 60309 нані безпосередньо за допомогою індуктивних елементів На фіг 7 показано електричну схему іншого більш прийнятного варіанта втілення електричного тягового ланцюга/ що містить шини, виконані у вигляді напівціликових шин, ВІДПОВІДНО ДО винахоДУ Згідно З ІНШИМ більш прийнятним варіантом втілення електричного тягового ланцюга, кожна перша половина шин живлення містить фільтр 2F, а друга половина шин живлення з'єднана попарно з першою половиною шин живлення, і середні точки фільтрів 2F першої половини шин живлення з'єднані одна з одною Описані нижче приклади моделювання здійснювались для чотирьох типів електричних силових схем одного електричного тягового ланцюга попереднього рівня техніки, що містить шини, виконані у вигляді таких шин Варіант 1, відповідає попередньому рівню техніки Тяговий ланцюг з чотирма шинами, причому кожна шина містить один однофазний міст з примусовим перемиканням та один фільтр 2F (фіг 1) Варіант 2, відповідає попередньому рівню техніки Тяговий ланцюг з чотирма шинами, причому кожна шина містить один однофазний міст з примусовим перемиканням та один фільтр 2F у цьому випадку, шини сконструйовано попарно таким чином, щоб кожна пара шин була з'єднана з двома однофазними мостами з примусовим перемиканням (фіг 2) Варіант 3, відповідає попередньому рівню техніки Тяговий ланцюг з чотирма шинами, причому кожна шина містить один однофазний міст з примусовим перемиканням, у цьому випадку лише одна шина містить фільтр 2F, а шини сконструйовано так, щоб середні точки фільтрів 2F сукупності шин живлення були з'єднані з чотирма однофазними мостами з примусовим перемиканням (фіг 3) Варіант 4, відповідає винаходу Тяговий ланцюг з чотирма шинами, у цьому випадку кожна шина містить один однофазний міст з навперемінним перемиканням та один фільтр 2F, причому фільтри 2F сконструйовано так, щоб середні точки фільтрів 2F сукупності шин живлення були з'єднані між собою (фіг 4) У таблиці 2 подано результати моделювання для обмежених розкидів характеристик ціликових шин Таблиця 2 Варіант 1 КІЛЬКІСТЬ ШИН КІЛЬКІСТЬ однофазних мостів з примусовим перемиканням та інверторів для однієї шини КІЛЬКІСТЬ з'єднаних однофазних мостів з примусовим перемиканням Величина розкиду Uc на шині 1 Величина розкиду потужності на шині 1 Величина первинного струму І Спектр первинного струму І Криві чотирьох вторинних струмів Варіант 2 Варіант 3 Варіант 4 4 2 1 1 2 4 4 4 4 10% 10% 10% 10% 0% 0% поганий Фіг1А Фіг1В середній Фіг2А Фіг2В добрий Фіг ЗА ФігЗВ 60309 Порівняння рівнів гармонік для малих розкидів/ спричинених помилкою вимірювання постійної напруги Uc або управлінням інверторів, показує, що порушення, яке становить приблизно 10% постійної напруги Uc та потужності на одній шині, спричинює появу першої групи ЛІНІЙ та збільшення на 58% величини первинного струму І у разі встановлення чотирьох складених шин, кожна з яких складається з одного однофазного моста з примусовим перемиканням, другої групи ЛІНІЙ та збільшення на 35% величини первинного струму І у разі встановлення двох складених шин, кожна з яких складається з двох однофазних мостів з примусовим перемиканням Здається, що результати можуть бути прийнятними для складених шин за умови, що повітряна контактна мережа з ланцюговою ПІДВІСКОЮ буде у доброму стані Однак, якщо локомотив знаходиться далеко від підстанції під контактною мережею, гармоніка та величина І струму можуть значно погіршитися У таблиці 3 подано результати моделювання для випадку великої ВІДМІННОСТІ потужностей між інверторами Таблиця З Варіант 1 Варіант 2 Варіант 3 Варіант 4 КІЛЬКІСТЬ ШИН 4 КІЛЬКІСТЬ однофазних мостів з примусовим перемиканням та 1 інверторів на кожну шину КІЛЬКІСТЬ з'єднаних однофазних мостів з примусовим пере4 миканням Величина розкиду Uc на шині 1 0% Величина розкиду потужності на шині 1 100% Величина первинного струму І поганий Спектр первинного струму І Фіг 1С Криві чотирьох вторинних струмів ФігЮ У випадку, коли потужності складених шин сильно відрізняються, немає можливості забезпечити гармоніки та величини І Щодо варіанту 1, якщо інвертор на шині 1 вимкнуто, величина І може збільшитись у два рази порівняно з нормальною величиною Цей варіант такого положення може статись випадково, коли потужність допоміжного устаткування, з'єднаного з ціликовими тяговими шинами, є високою Варіант 4, який здійснено ВІДПОВІДНО ДО винаходу, який названо схемою, що складається з складених та ціликових шин, забезпечує технічні переваги, ідентичні до характеристик схеми, яка складається з ціликових шин Фіг 5 зображує електричну схему іншого більш прийнятного втілення електричного тягового ланцюга, що містить дві шини, виконані у вигляді наПІВЦІЛИКОВИХ шин, ВІДПОВІДНО до винаходу Фіг5А та 5С зображують, ВІДПОВІДНО, схеми, рівноцінні схемі, яку подано на фіг 5, у разі постійних струмів, струмів 2F та короткого замкнення верхньої шини Електрична схема електричного тягового ланцюга, що включає дві шини, виконані у вигляді напівціликових шин, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, містить з'єднання між індивідуальними шинами за допомогою дроселів Згідно З першим більш прийнятним варіантом втілення електричної схеми електричного тягового ланцюга, що містить шини, виконані у вигляді напівсуцільних шин, згідно з винаходом, електричний тяговий ланцюг містить з'єднання між фільтрами 2F (фіг 4) Перевага першого варіанта втілення електричної схеми полягає утому, що в ньому зберігаються як переваги складених шин, так і переваги ціликових шин без додавання іншого устаткування 2 1 2 4 4 4 0% 50% 0 0 середній Фіг2С Фіг2О добрий Фіг4В Фіг4В У випадку, коли виконаний ВІДПОВІДНО ДО винаходу електричний тяговий ланцюг працює в усталеному режимі, з'єднання фільтрів 2F дає змогу пропускати енергію між шинами та потребує уніфікації постійних напруг Uc Отже, струми однофазних мостів з примусовим перемиканням уніфіковано, а перевагу електричного тягового ланцюга з ціликовими шинами збережено У разі короткого замкнення ціликової шини енергія інших шин, що передається, проходить через дроселі 2F Таким чином, перевага електричного тягового ланцюга з складеними шинами зберігається Для того, щоб уникнути дії струмів перевантаження у разі короткого замкнення, використання схеми з ціликовоскладеною шиною зменшує показники гармонік та величини І внаслідок розкиду напруг постійного струму ІІ с та навантажень Однак, внаслідок виникнення гармонік з невеликими порядками погіршення може призвести до ускладнень у випадку резонансу повітряної контактної мережі Удачею заявника є також те, що він запропонував силовий ланцюг, який називається схемою з ціликовими шинами, що ґрунтується на схемі з складеними шинами, причому особливістю цієї схеми є те, що конденсатори 2F об'єднані у сукупність на всіх шинах Результати моделювання показали, що силова схема з напівціликовими шинами, виконана ВІДПОВІДНО до винаходу, забезпечує однакові гармоніки та величину І таку саму, як величини, одержані за допомогою схеми з ціликовими шинами, яку виконано згідно з попереднім рівнем техніки, а також зберігає, щодо перехідних станів, переваги силової схеми з складеними шинами з попереднього рівня техніки ІЩ\