RU2465152C2 - Air cooling system for starting-braking resistor - Google Patents

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to railway transport and is intended for forced air cooling of starting-braking resistors packages (SBRPs) of electric locomotive with commutator traction electric motors (TEMs) operated by 3000 V high-voltage DC contact line. As ventilation electric motors (VEM) synchronous magnetoelectric motors (MEMs) with permanent magnetic field are used which are rated for sufficiently low voltage (no higher than 48 V). The suggested air cooling system of SBRP of electric locomotive powered by 3000 V high-voltage DC contact line and equipped with n groups of series-connected commutator traction electric motors (TEMs) contains n cooling ducts (CDs). In each CD, self-controlled synchronous motor with permanent magnetic field on rotor is introduced as VEM.

EFFECT: higher system reliability, lower energy consumption and electromagnetic noise and its influence on armature current of electric motors.

3 dwg

Description

Изобретение относится к системам разомкнутой вентиляции и предназначено для принудительного воздушного охлаждения блоков пускотормозных резисторов (БПТР) электровоза с коллекторными тяговыми электродвигателями (ТЭД), работающими от высоковольтной контактной сети постоянного тока с напряжением 3000 В.The invention relates to open ventilation systems and is intended for forced air cooling of blocks of starting braking resistors (BTR) of an electric locomotive with collector traction electric motors (TED), operating from a high voltage direct current contact network with a voltage of 3000 V.

Традиционно в качестве электродвигателей вентиляции (ЭДВ) БПТР используются коллекторные электродвигатели (КЭД) с последовательным возбуждением, рассчитанные на номинальное напряжение до 300 В, занимающие значительные объемы в системе охлаждения и создающие значительные электромагнитные помехи. КЭД приводят в движение осевые одноступенчатые вентиляторы. КЭД требуют частого ремонта и трудоемкого обслуживания. Ресурс работы КЭД в условиях эксплуатации с нагретыми ПТР составляет не более 20000 часов.Traditionally, series-excitation collector motors (QED) designed for rated voltage up to 300 V, occupying significant volumes in the cooling system and creating significant electromagnetic interference, are used as ventilation motors (EDV) of the BTR. QED are driven by axial single-stage fans. QEDs require frequent repairs and laborious maintenance. The resource of operation of QED in operating conditions with heated PTR is no more than 20,000 hours.

Широко известны системы охлаждения БПТР электровоза, в которых в каждом канале охлаждения (КО) для управления частотой вращения КЭД используются отдельные преобразователи собственных нужд (ПСН), запитанные от контактной сети.The cooling systems of the BTR of an electric locomotive are widely known, in which in each cooling channel (KO), individual auxiliary converters (PSN), powered from a contact network, are used to control the speed of the QED.

Расходно-напорные параметры и эффективность охлаждения при этом достаточно низкие, так как измерения не дают полной достоверной информации всех факторов в реальном масштабе времени для их фиксации, что не позволяет оперативно обнаружить и предупредить осложнения в работе.The flow-pressure parameters and cooling efficiency are rather low, since the measurements do not provide complete reliable information of all factors in real time for their fixation, which does not allow to quickly detect and prevent complications in operation.

Известны системы охлаждения электровозов, в которых КЭД вентиляции в каждом КО подсоединяются параллельно к первым секциям БПТР, постоянно включенных при реостатном регулировании в цепь якорного тока ТЭД.The cooling systems of electric locomotives are known in which the ventilation QED in each KO are connected in parallel to the first sections of the BTR, which are constantly connected with rheostatic regulation in the TED armature current circuit.

Известны системы охлаждения электровозов, в которых электродвигатели вентиляции подсоединяются параллельно к первым секциям БПТР, постоянно включенных при реостатном регулировании.Known cooling systems of electric locomotives, in which the ventilation motors are connected in parallel to the first sections of the BTR, constantly turned on with rheostatic regulation.

Для такой схемы частота вращения КЭД и охлаждение БПТР целиком зависит от режима работы ТЭД, т.е. практически регулировке не поддаются. При малых значениях тока охлаждение становится особенно малоэффективным, так как линейная зависимость производительности охлаждения от якорного тока не обеспечивается, особенно при малых значениях тока. В основном это объясняется нелинейным изменением под действием якорного тока магнитного потока возбуждения электродвигателей вентиляции и, как следствие, суммарного сопротивления электродвигателей и первой секции БПТР. Изменение суммарного сопротивления оказывает также влияние на якорный ток тяговых электродвигателей (ТЭД). Отсутствие микропроцессорных средств не позволяет учесть все влияющие факторы и решать задачи диагностики и прогнозирования основных неисправностей оборудования, формирования предписаний персоналу по результатам диагностики и прогнозирования на верхний уровень управления электровоза.For such a scheme, the frequency of rotation of the QED and the cooling of the BTR is entirely dependent on the operation mode of the TED, practically do not lend themselves to adjustment. At low current values, cooling becomes especially inefficient, since the linear dependence of cooling performance on the armature current is not provided, especially at low current values. This is mainly explained by the nonlinear change under the influence of the armature current of the magnetic flux of the excitation of the ventilation motors and, as a result, the total resistance of the electric motors and the first section of the BTR. The change in the total resistance also affects the anchor current of the traction electric motors (TED). The lack of microprocessor means does not allow to take into account all the influencing factors and solve the problems of diagnosis and prediction of the main equipment malfunctions, the formation of instructions for the personnel based on the results of diagnostics and forecasting to the upper level of control of the electric locomotive.

Известен автоматический регулятор температуры теплоносителей энергетической установки, содержащий в качестве управляющего органа пневматический преобразователь температуры с усилителем мощности, а в качестве исполнительно-регулирующего устройства - мембранный пружинный исполнительный механизм и вентилятор с электроприводом и поворотными лопастями [Луков Н.М. Автоматизация тепловозов, газотурбовозов и дизель-поездов. - М.: Машиностроение, 1988, с.186].Known automatic temperature regulator of coolants of a power plant, containing as a governing body a pneumatic temperature transducer with a power amplifier, and as an executive-regulating device - a membrane spring actuator and an electric fan with rotary blades [Lukov N.M. Automation of diesel locomotives, gas turbines and diesel trains. - M.: Mechanical Engineering, 1988, p.186].

Известен также автоматический микропроцессорный регулятор температуры тяговой электрической машины, содержащий микропроцессорный управляющий орган с датчиком тока и датчиком напряжения на контролируемой обмотке тяговой электрической машины, принцип работы которого основан на зависимости активного сопротивления контролируемой обмотки от ее температуры, усилитель выходного сигнала микропроцессорного управляющего органа, преобразователь электрического сигнала в пневматический, усилитель мощности, мембранный пружинный исполнительный механизм, осевой вентилятор с механическим приводом и поворотными лопатками [Космодамианский А.С. Автоматическое регулирование температуры обмоток тяговых электрических машин локомотивов. - М.: Маршрут, 2005, с.182-191].Also known is an automatic microprocessor temperature controller of a traction electric machine, containing a microprocessor control body with a current sensor and a voltage sensor on a controlled winding of a traction electric machine, the principle of which is based on the dependence of the resistance of a controlled winding on its temperature, an output signal amplifier of a microprocessor control body, an electric converter signal in pneumatic, power amplifier, membrane spring ny mechanism, axial fan with a mechanical drive and rotary blades [Kosmodamianskii AS Automatic temperature control of windings of traction electric machines of locomotives. - M .: Route, 2005, p.182-191].

Общий недостаток этих регуляторов температуры заключается в том, что они статические. Автоматические системы регулирования температуры тяговой электрической машины, также как и автоматические системы регулирования температуры энергетической установки, с П-регуляторами также являются статическими. Статическая система поддерживает регулируемую температуру T₁ в пределах статической неравномерности. Однако автоматические системы регулирования температуры обмоток электрических машин, трансформаторов и элементов полупроводниковых преобразователей должны поддерживать температуру постоянной независимо от изменений мощности N энергетической установки и температуры наружного охлаждающего воздуха Т_2. Постоянство температуры обмоток электрических машин, трансформаторов и элементов полупроводниковых преобразователей обеспечивает более высокую надежность электрических машин, трансформаторов и элементов полупроводниковых преобразователей и меньшие затраты энергии на их охлаждение, чем при колебаниях температуры.A common disadvantage of these temperature controllers is that they are static. Automatic temperature control systems of a traction electric machine, as well as automatic temperature control systems of a power plant, with P-controllers are also static. The static system maintains an adjustable temperature T ₁ within the limits of static unevenness. However, automatic temperature control systems of the windings of electric machines, transformers and elements of semiconductor converters must maintain a constant temperature regardless of changes in power N of the power plant and the temperature of the external cooling air T _{2. The} constant temperature of the windings of electric machines, transformers and elements of semiconductor converters provides higher reliability of electric machines , transformers and semiconductor converters zovateley and lower energy costs for cooling them than with temperature fluctuations.

Известен автоматический комбинированный микропроцессорный регулятор температуры энергетической установки транспортного средства, содержащий источник электроэнергии переменного тока, управляющий орган с датчиком температуры, два одинаковых асинхронных двигателя с фазными роторами, статорные обмотки которых подключены к источнику электроэнергии, роторные обмотки соединены последовательно посредством резисторов, а валы соединены с валом вентилятора охлаждения. Статор одного из асинхронных двигателей выполнен поворотным и соединен с механизмом поворота, подключенным к управляющему органу с датчиком температуры. В устройстве также применены: датчик мощности энергетической установки, датчик температуры наружного охлаждающего воздуха и датчик угла поворота статора, подключенные к входам микропроцессорного контроллера. К одному из выходов микропроцессорного контроллера подключен механизм поворота статора асинхронного двигателя. Параллельно резисторам, соединяющим роторные обмотки асинхронных двигателей, подключены рабочие обмотки дросселей насыщения (магнитных усилителей), управляющие обмотки которых подключены ко второму выходу микропроцессорного контроллера посредством блока управления. В другом исполнении в автоматическом, комбинированном микропроцессорном регуляторе температуры энергетической установки транспортного средства роторные обмотки асинхронных двигателей соединены последовательно посредством эмиттер-коллекторных переходов транзисторов, базы и эмиттеры которых подключены ко второму выходу микропроцессорного контроллера посредством блока управления транзисторами (патент РФ на изобретение №2364752, F01P 7/00).Known automatic combined microprocessor temperature controller of a power plant of a vehicle, containing an alternating current electric power source, a control body with a temperature sensor, two identical induction motors with phase rotors, the stator windings of which are connected to the electric power source, the rotor windings are connected in series by resistors, and the shafts are connected to cooling fan shaft. The stator of one of the induction motors is made rotary and connected to a rotation mechanism connected to the governing body with a temperature sensor. The device also uses: a power plant power sensor, an external cooling air temperature sensor and a stator angle sensor connected to the inputs of a microprocessor controller. To one of the outputs of the microprocessor controller is connected the rotation mechanism of the stator of an induction motor. Parallel to the resistors connecting the rotor windings of asynchronous motors, the working windings of saturation chokes (magnetic amplifiers) are connected, the control windings of which are connected to the second output of the microprocessor controller through the control unit. In another embodiment, in an automatic, combined microprocessor temperature controller of a power plant in a vehicle, the rotor windings of induction motors are connected in series through emitter-collector junctions of transistors, the bases and emitters of which are connected to the second output of the microprocessor controller via a transistor control unit (RF patent for invention No. 2364752, F01P 7/00).

Известен регулятор температуры энергетической установки транспортного средства, представляющий собой регулятор температуры Т₁ энергетической установки транспортного средства, содержащий источник электроэнергии переменного тока, управляющий орган с датчиком температуры, вентилятор охлаждения и два асинхронных двигателя с фазными роторами, статорные обмотки которых подключены к источнику электроэнергии, роторные обмотки соединены последовательно посредством резисторов, а валы соединены с валом вентилятора охлаждения; статор одного из асинхронных двигателей выполнен поворотным и соединен с механизмом поворота, подключенным к управляющему органу. Этот регулятор также имеет существенный недостаток, который заключается в следующем. В цепи роторных обмоток асинхронных двигателей постоянно включены сопротивления R_д резисторов, поэтому наибольшая скорость привода вентилятора охлаждения ограничивается скоростью, меньшей номинальной на 6-10%. Увеличенное скольжение s приводит при угле поворота статора 180 электрических градусов к соответствующему уменьшению (на 6-10%) коэффициента полезного действия привода вентилятора охлаждения и к работе его при мощности меньше номинальной. Все это снижает технико-экономические показатели регулятора температуры. Самым простым способом ликвидации этого недостатка регулятора температуры с электрическим приводом вентилятора на переменном токе является увеличение скорости привода вентилятора охлаждения путем шунтирования при малых скольжениях дополнительных резисторов в роторной цепи. Для уменьшения бросков тока необходимо плавно уменьшать сопротивление в цепи роторных обмоток при угле поворота статора, в несколько меньшем чем 180°. Это плавное уменьшение сопротивления в цепи роторных обмоток асинхронных двигателей может быть осуществлено двумя способами: путем подключения параллельно резисторам, соединяющим роторные обмотки, управляемых индуктивных сопротивлений - дросселей насыщения (магнитных усилителей) или путем соединения роторных обмоток посредством транзисторов - управляемых полупроводниковых сопротивлений (патент РФ на изобретение №2241837, F01P 7/00). - ПРОТОТИП.The temperature regulator of a vehicle’s power plant is known, which is a temperature controller T _{1 of} a vehicle’s power plant, which contains an AC electric power source, a control body with a temperature sensor, a cooling fan and two induction motors with phase rotors, the stator windings of which are connected to an electric power source, rotary the windings are connected in series by means of resistors, and the shafts are connected to the shaft of the cooling fan; the stator of one of the induction motors is made rotary and connected to the rotation mechanism connected to the governing body. This regulator also has a significant drawback, which is as follows. In the chain of rotor windings of induction motors, the resistances R _{d of the} resistors are constantly included, therefore, the maximum speed of the cooling fan drive is limited by a speed lower than the nominal by 6-10%. The increased slip s leads to a corresponding decrease (by 6–10%) in the coefficient of efficiency of the drive of the cooling fan when the stator angle of rotation is 180 electric degrees and its operation at a power lower than the nominal one. All this reduces the technical and economic indicators of the temperature controller. The easiest way to eliminate this drawback of a temperature regulator with an electric AC fan is to increase the speed of the cooling fan by shunting additional resistors in the rotor circuit with small slides. To reduce the inrush current, it is necessary to smoothly reduce the resistance in the circuit of the rotor windings at an angle of rotation of the stator, slightly less than 180 °. This smooth decrease in resistance in the circuit of rotor windings of induction motors can be carried out in two ways: by connecting in parallel to the resistors connecting the rotor windings, controlled inductive resistances - saturation chokes (magnetic amplifiers) or by connecting rotor windings through transistors - controlled semiconductor resistances (RF patent for invention No. 2241837, F01P 7/00). - PROTOTYPE.

Техническими задачами изобретения являются: повышение надежности и качества охлаждения БПТР электровоза путем использования в качестве ЭДВ синхронных магнитоэлектрических двигателей (МЭД) с возбуждением на постоянных магнитах; снижение энергопотребления и улучшение габаритно-массовых характеристик ЭДВ и системы в целом; снижение электромагнитных помех и влияния системы охлаждения на якорный ток ТЭД во всех режимах реостатного регулирования и во время переходов с реостатного на ходовой режим и обратно; обеспечение управления МЭД путем использования измерительных шунтирующих резисторов для измерения якорного тока ТЭД электровоза; защита от перегрева МЭД; решение задач диагностики и прогнозирования основных неисправностей оборудования и формирование предписаний путем использования микропроцессорных средств; обеспечение кодового взаимодействия системы для ее интеграции с верхним уровнем системы управления электровоза.The technical objectives of the invention are: to increase the reliability and quality of cooling the BTR of an electric locomotive by using synchronous magnetoelectric motors (MED) with permanent magnet excitation as EDV; reduction of energy consumption and improvement of the overall mass characteristics of the EDV and the system as a whole; reduction of electromagnetic interference and the effect of the cooling system on the TED anchor current in all rheostatic control modes and during transitions from rheostatic to running mode and vice versa; ensuring control of DER by using measuring shunt resistors to measure the armature current of the TED of an electric locomotive; overheating protection of MED; solving the problems of diagnosis and prediction of major equipment failures and the formation of requirements through the use of microprocessor tools; providing code interaction of the system for its integration with the upper level of the control system of an electric locomotive.

Для решения поставленных задач предлагается система воздушного охлаждения БПТР электровоза, работающего от высоковольтной контактной сети постоянного тока с напряжением 3000 В и оборудованного n-группами пар последовательно соединенных коллекторных тяговых электродвигателей (ТЭД), содержащая n-каналов охлаждения (КО), каждый из которых содержит блок управления (БУ), ЭДВ охлаждения соответствующего БПТР, отличающаяся тем, что в каждый КО в качестве ЭДВ введен бесконтактный вентильный синхронный электродвигатель с возбуждением на постоянных магнитах на роторе (МЭД), рассчитанный на достаточно низкое напряжение (не более 48 В) и содержащий датчик температуры (ДТ), датчик углового положения ротора (ДУПР) на элементах Холла, первую, вторую и третью статорные обмотки МЭД с соединением фаз обмотки по схеме «звезда», измерительный шунт (ИШ), шунтирующий тиристор (ШТ), трехфазный автономный инвертор (АИ), в состав которого входят три инверторные секции, каждая из которых содержит драйвер управления (ДУ) и шесть IGBT-транзисторных ключей, включенных по трехфазной мостовой схеме, фазные выходы которой посекционно подключены к соответствующей статорной обмотке МЭД, управляющие входы - через ДУ к соответствующей первой группе управляющих выходов БУ, первая, вторая и третья группы входов которого соединены соответственно с первой, второй и третьей группами выходов ДУПР на элементах Холла, при этом входы питания каждой секции АИ поканально по положительному входу объединены и подключены к аноду ШТ и к положительному входу контактной сети через БПТР соответствующего КО, по отрицательному входу объединены и подключены к катоду ШТ и к отрицательному входу контактной сети через ИШ и последовательно соединенные обмотки якоря и возбуждения пары ТЭД соответствующего КО, причем четвертая группа входов БУ является группой выходов ИШ, пятая группа входов БУ является группой выходов ДТ, вторая группа управляющих выходов БУ является группой входов управления ШТ, первая группа вводов-выводов является группой вводов-выводов связи с системой управления электровозом.To solve these problems, an air cooling system is proposed for an electric locomotive powered by a high voltage direct current contact network with a voltage of 3000 V and equipped with n-groups of pairs of series-connected collector traction electric motors (TED), containing n-cooling channels (KO), each of which contains control unit (CU), EDV cooling of the corresponding BTR, characterized in that a contactless synchronous synchronous electric motor with constant excitation is introduced into each CO as an EDV magnets on the rotor (DER), designed for a sufficiently low voltage (not more than 48 V) and containing a temperature sensor (DT), a rotor angular position sensor (DUPR) on the Hall elements, the first, second and third stator windings of the DER with the connection of the winding phases according to the "star" scheme, a measuring shunt (IS), a shunt thyristor (SHT), a three-phase autonomous inverter (AI), which includes three inverter sections, each of which contains a control driver (DU) and six IGBT transistor switches, included on a three-phase bridge circuit, phase out the odes of which are connected sectionwise to the corresponding stator winding of the DER, the control inputs through the remote control to the corresponding first group of control outputs of the control unit, the first, second, and third groups of inputs of which are connected respectively to the first, second, and third groups of outputs of the DPR on the Hall elements, while the power inputs each section of the AI channel-by-channel on a positive input are combined and connected to the CT anode and to the positive input of the contact network through the BTR of the corresponding QO, on a negative input are combined and connected to the cathode ШТ and to the negative input of the contact network through the IS and series-connected windings of the armature and excitation of the pair of TEDs of the corresponding KO, and the fourth group of inputs of the control unit is a group of outputs of the IS, the fifth group of inputs of the control unit is the group of outputs of the CT, the second group of control outputs of the control unit is the group of control input , the first group of inputs and outputs is a group of inputs and outputs of communication with an electric locomotive control system.

На фиг.1 показана структурная схема системы воздушного охлаждения БПТР; на фиг.2 - структурная схема инвертора автономного трехсекционного трехфазного; на фиг.3 - схема построения ДУПР.Figure 1 shows the structural diagram of the air cooling system BTR; figure 2 is a structural diagram of an inverter autonomous three-section three-phase; figure 3 is a diagram of the construction of DUPR.

На чертежах показано: 1 и 1n - первый и n-й соответственно БУ; 2.1 и 2n - первый и n-й соответственно ЭПВ; 3.1. и 3n - первый и n-й соответственно трехфазные трехсекционные АИ; 4.1 и 4n - первый и n-й соответственно ИШ; 5.1 и 5n - первый и n-й соответственно ШТ; 6.1 и 6n - первый и n-й соответственно МЭД вентиляторов; 7.1, 7.2 и 7.3 - первая, вторая и третья соответственно статорные обмотки МЭД; 8.1 и 8n - первый и n-й соответственно ДТ; 9 и 9n - первая n-я соответственно пары ТЭД; 10.1 и 10n - первый и n-й соответственно БПТР; 11.1, 11.2 и 11.3 - первый, второй и третий соответственно ДУ первого и n-го АИ 3.1 и 3n; 12.1 и 12n - первый и n-й ДУПР на элементах Холла.The drawings show: 1 and 1n - the first and n-th respectively BU; 2.1 and 2n - the first and n-th EPI, respectively; 3.1. and 3n - the first and n-th, respectively, three-phase three-section AI; 4.1 and 4n - the first and n-th IS, respectively; 5.1 and 5n - the first and nth respectively; 6.1 and 6n - the first and n-th MED fans, respectively; 7.1, 7.2 and 7.3 - the first, second and third, respectively, stator windings of DER; 8.1 and 8n - the first and nth respectively DT; 9 and 9n are the first n-th TED pair, respectively; 10.1 and 10n are the first and nth BTRs, respectively; 11.1, 11.2 and 11.3 - the first, second and third, respectively, the remote control of the first and n-th AI 3.1 and 3n; 12.1 and 12n are the first and nth DLSRs on the Hall elements.

Система работает следующим образом.The system operates as follows.

Исходное состояние силовых IGBT-транзисторных ключей секций инвертора 3 находится в состоянии «замкнуто», что соответствует шунтированию статорных обмоток 7 МЭД 6 вентилятора и его нерабочему состоянию. Ток охлаждаемого БПТР 10 протекает полностью через силовые ключи, минуя статорные обмотки 7. БУ 1 при подаче на него напряжения производит измерение якорного тока через охлаждаемый БПТР 10 и ТЭД 9 с помощью измерительного шунта ИШ 4. При достижении пороговой величины тока, требующей обдува резисторов, БУ1 осуществляет ШИМ-коммутацию силовых ключей инвертора 3 через драйверы управления 11 с гальванической развязкой, обеспечивающую питание статорных обмоток 7 со скважностью, которая определяется током через охлаждаемые резисторы и обеспечивает необходимую по условиям охлаждения производительность вентилятора. Поскольку МЭД 6 рассчитан на достаточно низкое напряжение (не более 48 В), изменение режима работы системы охлаждения не оказывает существенного влияния на якорный ток ТЭД 9 при переключениях секций БПТР 10 во всех режимах реостатного регулирования и во время переходов с реостатного на ходовой режим и обратно. При этом система управления двигателем вентилятора обеспечивает ограничения тока через МЭД 6 вентиляции для защиты их от перегрева и отключения одной из фаз на заданное время для исключения бросков якорного тока.The initial state of the power IGBT-transistor keys of the sections of the inverter 3 is in the "closed" state, which corresponds to the shunting of the stator windings 7 DER 6 fan and its idle state. The current of the cooled BPTR 10 flows completely through the power switches, bypassing the stator windings 7. BU 1, when voltage is applied to it, measures the armature current through the cooled BPTR 10 and TED 9 using the measuring shunt IS 4. When the threshold value of the current requiring blowing of resistors is reached, BU1 performs PWM switching of the power switches of the inverter 3 through control drivers 11 with galvanic isolation, providing power to the stator windings 7 with a duty cycle, which is determined by the current through the cooled resistors and provides fan performance required by cooling conditions. Since DER 6 is designed for a sufficiently low voltage (not more than 48 V), a change in the operating mode of the cooling system does not significantly affect the armature current of the TED 9 when switching sections of the BTR 10 in all modes of rheostatic regulation and during transitions from rheostatic to running mode and vice versa . At the same time, the fan motor control system provides current limitations through the EDR 6 of the ventilation to protect them from overheating and turn off one of the phases for a specified time to exclude surges of the armature current.

Порядок ШИМ-коммутации силовых ключей определяется по состоянию элементов Холла, входящих в ДУПР 12 МЭД 6. ШТ 5 шунтирует силовые входы секций АИ 3 при коротком замыкании или перегрузке по якорному току в течение заданного времени, а также перенапряжении на силовых ключах АИ 3. Данные о срабатывании ШТ 5, о якорном токе и результаты диагностики передаются по кодовому тракту в систему управления верхнего уровня электровоза.The order of the PWM switching of power keys is determined by the state of the Hall elements included in the DPR 12 DER 6. SHT 5 shunts the power inputs of the AI 3 sections during a short circuit or overload on the armature current for a specified time, as well as overvoltage on the power keys of AI 3. Data about operation of ШТ 5, about anchor current and diagnostic results are transmitted via the code path to the control system of the upper level of the electric locomotive.

Таким образом, в предлагаемом изобретении скорость вращения каждого МЭД вентилятора регулируется независимо от другого МЭД вентилятора и трехсекционным трехфазным автономным АИ тока.Thus, in the present invention, the rotation speed of each DER of the fan is regulated independently of the other MED of the fan and three-section three-phase autonomous AI current.

Секции инвертора АИ, соединенные между собой по входу параллельно, подключены и включены последовательно с охлаждаемым БПТР и питаемыми через него ТЭД. Инвертор управляет частотой вращения МЭД вентиляции в соответствии с величиной якорного тока пары ТЭД, обеспечивая оптимальный расход и напор продуваемого воздуха через охлаждаемый БПТР.The sections of the inverter AI, interconnected at the input in parallel, are connected and connected in series with the cooled BTR and the TED fed through it. The inverter controls the rotation speed of the EDR of ventilation in accordance with the value of the armature current of the TED pair, ensuring the optimal flow rate and pressure of the purged air through the cooled BTR.

При постоянстве напряжения контактной сети нагрев резисторов и выделяющееся тепло полностью зависят от тока, протекающего через последовательно включенные резисторы и якорные обмотки ТЭД, и прямо пропорциональны квадрату величины этого тока. Потому важно, чтобы частота вращения электродвигателей вентиляции линейным образом зависели от якорного тока, протекающего через резисторы, а скорость потока воздуха и соответственно производительность вентилятора при этом пропорциональны квадрату тока.With a constant voltage of the contact network, the heating of the resistors and the generated heat completely depend on the current flowing through the series-connected resistors and the armature windings of the TED, and are directly proportional to the square of this current. Therefore, it is important that the rotation speed of the ventilation motors linearly depends on the armature current flowing through the resistors, and the air flow rate and, accordingly, the fan performance are proportional to the square of the current.

В случае перегрева или короткого замыкания статорных обмоток МЭД, а также их перегрузки или неисправности ключей АИ внутренние средства БУ производят шунтирование входов АИ, обеспечивая тем самым его защиту.In case of overheating or short circuit of the stator windings of DER, as well as their overload or malfunction of the AI keys, the internal means of the control unit bypass the inputs of the AI, thereby ensuring its protection.

В связи с этим обеспечение экономичной, надежной и безопасной эксплуатации является основной задачей системы охлаждения БПТР, которая может быть решена путем создания системы охлаждения БПТР, работающей оптимальным образом под управлением микропроцессора и интегрированной с системой управления электровоза, и улучшения габаритно-массовых и электротехнических характеристик КЭД вентиляции.In this regard, ensuring economical, reliable and safe operation is the main task of the BTR cooling system, which can be solved by creating the BTR cooling system, which works optimally under the control of a microprocessor and integrated with the electric locomotive control system, and improving the overall mass and electrical characteristics of QED ventilation.

Использование активных вычислительных средств системы и связь ее с системой управления электровоза позволяют получить ряд преимуществ по сравнению с существующими пассивными системами охлаждения БПТР.The use of active computing means of the system and its connection with the control system of an electric locomotive provide a number of advantages compared to existing passive cooling systems BTR.

Claims (1)

Система воздушного охлаждения блоков пускотормозных резисторов электровоза, работающего от высоковольтной контактной сети постоянного тока с напряжением 3000 В и оборудованного n-группами пар последовательно соединенных коллекторных тяговых электродвигателей, содержащая n-каналов охлаждения, каждый из которых содержит блок управления, электродвигатель вентиляции охлаждения соответствующего блока пускотормозных резисторов, отличающаяся тем, что в каждый канал охлаждения в качестве электродвигателя вентиляции введен бесконтактный вентильный синхронный электродвигатель с возбуждением на постоянных магнитах на роторе, рассчитанный на достаточно низкое напряжение (не более 48 В) и содержащий датчик температуры, датчик углового положения ротора на элементах Холла, первую, вторую и третью статорные обмотки бесконтактного вентильного синхронного электродвигателя с возбуждением на постоянных магнитах на роторе с соединением фаз обмотки по схеме «звезда», измерительный шунт, шунтирующий тиристор, трехфазный автономный инвертор, в состав которого входят три инверторных секции, каждая их которых содержит драйвер управления и шесть IGBT-транзисторных ключей, включенных по трехфазной мостовой схеме, фазные выходы которой посекционно подключены к соответствующей статорной обмотке бесконтактного вентильного синхронного электродвигателя с возбуждением на постоянных магнитах на роторе, управляющие входы - через драйвер управления к соответствующей первой группе управляющих выходов блока управления, первая, вторая и третья группы входов которого соединены соответственно с первой, второй и третьей группами выходов датчика углового положения ротора на элементах Холла, при этом входы питания каждой секции автономного инвертора поканально по положительному входу объединены и подключены - к аноду шунтирующего тиристора и к положительному входу контактной сети через блок пускотормозных резисторов соответствующего канала охлаждения, по отрицательному входу объединены и подключены к катоду шунтирующего тиристора и к отрицательному входу контактной сети через измерительный шунт и последовательно соединенные обмотки якоря и возбуждения пары коллекторных тяговых электродвигателей соответствующего канала охлаждения, причем четвертая группа входов блока управления является группой выходов измерительного шунта, пятая группа входов блока управления является группой выходов датчика температуры, вторая группа управляющих выходов блока управления является группой входов управления шунтирующего тиристора, первая группа вводов-выводов является группой вводов-выводов связи с системой управления электровозом. An air cooling system for blocks of braking resistors of an electric locomotive operating from a 3000 V high voltage direct current contact network and equipped with n-groups of pairs of series-connected collector traction electric motors, containing n-cooling channels, each of which contains a control unit, a cooling ventilation ventilation motor of the corresponding brake block resistors, characterized in that in each cooling channel, a contactless A fan synchronous electric motor with permanent magnet excitation on the rotor, designed for a sufficiently low voltage (not more than 48 V) and containing a temperature sensor, a rotor angular position sensor on the Hall elements, the first, second and third stator windings of a contactless valve synchronous electric motor with constant excitation magnets on the rotor with the connection of the phases of the winding according to the "star" scheme, a measuring shunt, a shunt thyristor, a three-phase autonomous inverter, which includes three inverter sections, each of which contains a control driver and six IGBT-transistor switches connected via a three-phase bridge circuit, the phase outputs of which are connected sectionwise to the corresponding stator winding of a non-contact synchronous synchronous electric motor with permanent magnet excitation on the rotor, the control inputs through the control driver to the corresponding the first group of control outputs of the control unit, the first, second and third groups of inputs of which are connected respectively to the first, second and third groups the outputs of the rotor angular position sensor on the Hall elements, while the power inputs of each section of the autonomous inverter are connected channel-by-channel through the positive input and connected to the anode of the shunt thyristor and to the positive input of the contact network through the block of brake resistors of the corresponding cooling channel, combined and connected to the negative input to the to the cathode of the shunt thyristor and to the negative input of the contact network through a measuring shunt and series-connected windings of the armature and field excitation collector traction motors of the corresponding cooling channel, and the fourth group of inputs of the control unit is a group of outputs of the measuring shunt, the fifth group of inputs of the control unit is a group of outputs of a temperature sensor, the second group of control outputs of the control unit is a group of control inputs of a shunt thyristor, the first group of inputs and outputs is a group input-output communication with the control system of an electric locomotive.

Images