RU2167071C1

RU2167071C1 - Electric energy converter

Info

Publication number: RU2167071C1
Application number: RU2000124025/28A
Authority: RU
Inventors: В.Л. Галка; Н.А. Лазаревский; И.Н. Ильинский; В.С. Лебедев; В.К. Самсыгин
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2001-05-20

Abstract

FIELD: railway transport; power supply equipment. SUBSTANCE: proposed invention is designed for use in power dc/ac conversion circuits. Device has current receiver, choke, converter with A, B, C phase conversion units, PLUS and MINUS poles circuit capacitors, converter control unit, converter parameters intelligent sensor, electric motor instantaneous position intelligent sensor with ballast resistor, converter and electric motor parameters comparator unit, threshold devices unit, two switching units of balancing capacitors and discharge resistors, two banks of balancing capacitors and two banks of discharge resistors. Device provides operative protection against self-excitation and hunting of induction motor at initial stage and several times reduces changes of voltage, current and frequency in stator circuit. EFFECT: reduced requirements to circuit isolation, improved conditions of motor control, increased service life of equipment. 2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к преобразовательной технике, направлено на улучшение качества преобразования электрической энергии и предназначено для повышения надежности преобразования постоянного тока в переменный и наоборот. The present invention relates to a conversion technique, is aimed at improving the quality of the conversion of electrical energy and is intended to improve the reliability of the conversion of direct current to alternating current and vice versa.

Более конкретно данное изобретение относится к повышению надежности работы силовых цепей устройств преобразования электрической энергии, например силовых цепей постоянно-переменного тока тягового преобразователя транспортных электроустановок высокоскоростных поездов, электричек, трамваев, поездов метрополитена и т.п. Для исключения самовозбуждения асинхронных электродвигателей и ликвидации периодических колебаний частоты вращения ротора машины, получившего название самораскачивания. More specifically, this invention relates to improving the reliability of power circuits of electric energy converting devices, for example, DC power circuits of a traction converter of transport electrical installations of high-speed trains, electric trains, trams, subway trains, etc. To exclude self-excitation of asynchronous electric motors and eliminate periodic fluctuations in the frequency of rotation of the rotor of the machine, called self-pumping.

Известен способ гашения самовозбуждения асинхронных двигателей, которое происходит при следующих условиях:
В цепи статора включается емкость определенной величины:
Активное сопротивление в контуре электрическая машина - емкость не превышает некоторого критического значения:
Ротор машины вращается с частотой, находящейся в определенных пределах.A known method of damping the self-excitation of induction motors, which occurs under the following conditions:
In the stator circuit, a capacitance of a certain value is turned on:
The active resistance in the circuit of an electric machine - the capacity does not exceed a certain critical value:
The rotor of the machine rotates at a frequency that is within certain limits.

При соблюдении этих условий будет осуществляется передача мощности от ротора к статору, необходимая для возникновения и развития самовозбуждения. Under these conditions, power will be transferred from the rotor to the stator, which is necessary for the emergence and development of self-excitation.

Самовозбуждение может возникнуть под действием простого и динамического моментов явнополюсности и гасится подбором емкости в цепи статора. [Венников В. А. и др. Самовозбуждение и самораскачивание в электрических системах. М.: Высшая школа, 1964 г.]. Self-excitation can occur under the action of simple and dynamic moments of explicit polarity and is suppressed by the selection of capacitance in the stator circuit. [V. Vennikov et al. Self-excitation and self-pumping in electrical systems. M .: Higher school, 1964].

Самовозбуждение асинхронного двигателя может произойти в процессе пуска и при установившемся скольжении. При самовозбуждении асинхронного двигателя в системе кроме токов основной частоты возникают токи меньшей частоты, зависящей от параметров системы, т.е. асинхронный двигатель на частоте самовозбуждения работает асинхронным генератором. Вследствие наличия двух токов разной частоты результирующий ток и напряжение имеют вид биений. Self-excitation of an induction motor can occur during start-up and with steady slip. With the self-excitation of an induction motor in the system, in addition to the main frequency currents, currents of a lower frequency arise, depending on the parameters of the system, i.e. self-excitation asynchronous motor runs asynchronous generator. Due to the presence of two currents of different frequencies, the resulting current and voltage have the form of beats.

В режиме самовозбуждения на частоте свободных колебаний асинхронный двигатель развивает генераторный (тормозной) момент, а на основной частоте - двигательный. При увеличении тормозного момента выше двигательного частота вращения асихронного двигателя уменьшается, а затем при исчезновении самовозбуждения, начиная с некоторой величины, вновь увеличивается. Такой режим, выражающийся в периодическом колебании частоты вращения ротора машины, получил название самораскачивания. In the self-excitation mode, at an frequency of free oscillations, an induction motor develops a generator (braking) torque, and at a fundamental frequency - a motor. With an increase in the braking torque above the motor, the speed of the asynchronous motor decreases, and then with the disappearance of self-excitation, starting from a certain value, it again increases. This mode, expressed in periodic fluctuations in the frequency of rotation of the rotor of the machine, is called self-pumping.

На фиг. 1 приведена осциллограмма процессов при асинхронном самовозбуждении и самораскачивании, из которого видно, что огибающие тока, напряжения и мощности могут изменятся периодически в несколько раз по амплитуде, так же как напряжение, ток и частота вращения электродвигателя, причем амплитуды колебаний напряжений и токов значительно превышают номинальные значения. In FIG. Figure 1 shows an oscillogram of processes during asynchronous self-excitation and self-pumping, which shows that the envelopes of current, voltage, and power can change periodically several times in amplitude, just like voltage, current, and frequency of rotation of an electric motor, and the amplitudes of voltage and current fluctuations significantly exceed the nominal values.

В реальном устройстве рост напряжений и токов в высоковольтных цепях статического преобразователя и асинхронного двигателя вызывает насыщение машины, рост напряжений может быть ограничен и нелинейностью другого вида - пробоем изоляции. In a real device, the growth of voltages and currents in the high-voltage circuits of a static converter and an asynchronous motor causes saturation of the machine, the growth of voltages can be limited by a nonlinearity of another kind - insulation breakdown.

Самовозбуждение и самораскачивание в системе с высоковольтным статическим преобразователем, приводящие к большим токам и моментам, вызывает срабатывание электрической защиты и делает невозможным нормальный режим работы устройства в целом, что недопустимо на транспорте в движении и, в частности, на высокоскоростных магистралях. Одним из методов устранения самовозбуждения - увеличение активного сопротивления выше величины критической:

где x_al = x_a + x_l.x'_al = x'_a + x₁ - элементы структурной схемы асинхронного двигателя с активным, индуктивным и емкостным сопротивлением.Self-excitation and self-pumping in a system with a high-voltage static converter, leading to high currents and torques, triggers an electrical protection and makes impossible the normal operation of the device as a whole, which is unacceptable on vehicles in motion and, in particular, on high-speed highways. One of the methods for eliminating self-excitation is to increase the active resistance above the critical value:

where x _al = x _a + x _l. x ' _al = x' _a + x ₁ - structural block elements of an induction motor with active, inductive and capacitive resistance.

Условие отсутствия самовозбуждения при данном x_c запишется как
r > r_кр.
[Б.Д. Гандин и др. Пуск асинхронных электродвигателей, Л., Судостроение, 1930 г., аналог].The condition for the absence of self-excitation for a given x _{c is} written as
r> r _cr
[B.D. Gandin and others. Start of asynchronous electric motors, L., Shipbuilding, 1930, analogue].

Однако увеличение r и x₁ ведет к значительным потерям мощности, тепловым перегревам и непредсказуемому изменению длительности и характера переходных процессов, что делает эти процессы неуправляемыми.However, an increase in r and x ₁ leads to significant power losses, thermal overheating, and an unpredictable change in the duration and nature of transients, which makes these processes uncontrollable.

Увеличение емкости может снять самовозбуждение, но известные устройства не обеспечивают оперативное и точное изменение емкости в процессе эксплуатации электроподвижного состава, а для систем с высоковольтными статическими преобразователями такие устройства отсутствуют. An increase in capacitance can remove self-excitation, but known devices do not provide prompt and accurate change in capacitance during the operation of electric rolling stock, and there are no such devices for systems with high-voltage static converters.

Известно устройство, которое может быть использовано для автоматического регулирования реактивной мощности. Известное устройство может использоваться на электроподвижном составе с однофазной сетью переменного тока для повышения коэффициента мощности. Устройство для автоматического регулирования реактивной мощности содержит нагрузку, источник реактивной мощности, датчик режима сети, блок синхронизирующих импульсов, блок импульсно-фазового управления, два устройства выборки-хранения, перемножитель напряжения, интегратор, устройство вычисления максимальной величины мощности, делитель частоты и устройство экстремального регулирования. Источник реактивной мощности состоит из последовательно соединенных индуктивности, емкости и двух встречно-параллельно включенных тиристоров. Датчик режима сети включает в себя трансформатор напряжения и трансформатор тока. Нагрузка подключена к сети через трансформатор тока и параллельно цепи из последовательно включенных индуктивности, емкости и встречно-параллельно включенных тиристоров. Трансформатор напряжения подключен параллельно сети, а его выход соединен с входом первого устройства выборки-хранения и входом блока синхронизирующих импульсов. Выход трансформатора тока соединен со входом второго устройства выборки- хранения, выходы устройств выборки-хранения подключены ко входам перемножителя напряжения, выход которого через интегратор соединен с первым входом устройства вычисления максимальной величины мощности. Выход блока синхронизирующих импульсов через делитель частоты связан со вторыми входами интегратора и устройства вычисления максимальной величины мощности, выход которого через устройство экстремального регулирования соединен со входом блока импульсно-фазового управления. Выход блока импульсно-фазового управления подключен к тиристорам компенсатора реактивной мощности. Применение устройства повышает коэффициент мощности за счет компенсации индуктивного тока нагрузки емкостной составляющей тока компенсатора реактивной мощности. [Устройство для автоматического регулирования реактивной мощности: Пат. 3145141 Россия, МПК⁷ H 02 J 3/18, G 05 F 1/70, Кулинич Ю.М. и др. Дальневосточный гос. Университет путей сообщения, N 99101157/09, Заяв. 25.11.99, Опуб. 27.01.00, Бюл. N 3, аналог].A device is known that can be used to automatically control reactive power. The known device can be used on electric rolling stock with a single-phase AC network to increase the power factor. A device for automatic regulation of reactive power contains a load, a source of reactive power, a network mode sensor, a block of synchronizing pulses, a pulse-phase control unit, two sampling and storage devices, a voltage multiplier, an integrator, a device for calculating the maximum power value, a frequency divider and an extreme regulation device . The reactive power source consists of series-connected inductors, capacitance and two counter-parallel connected thyristors. The network mode sensor includes a voltage transformer and a current transformer. The load is connected to the network through a current transformer and in parallel with a circuit of inductors, capacitances and thyristors connected in parallel. The voltage transformer is connected in parallel with the network, and its output is connected to the input of the first sampling-storage device and the input of the block of synchronizing pulses. The output of the current transformer is connected to the input of the second sampling-storage device, the outputs of the sampling-storage devices are connected to the inputs of the voltage multiplier, the output of which through the integrator is connected to the first input of the device for calculating the maximum power value. The output of the block of synchronizing pulses through the frequency divider is connected to the second inputs of the integrator and the device for calculating the maximum value of power, the output of which is connected through the extreme control device to the input of the pulse-phase control unit. The output of the pulse-phase control unit is connected to the thyristors of the reactive power compensator. The use of the device increases the power factor by compensating the inductive load current of the capacitive component of the current of the reactive power compensator. [Device for automatic regulation of reactive power: Pat. 3145141 Russia, IPC ⁷ H 02 J 3/18, G 05 F 1/70, Kulinich Yu.M. and other Far Eastern state. University of Railways, N 99101157/09, Application. 11/25/99, Pub. 01/27.00, bull. N 3, analogue].

Недостатком этого устройства является конструктивная сложность в случае применения для 3-фазных двигателей, технологическая невозможность реализации для системы: постоянный ток - конденсаторный делитель напряжения - статический преобразователь (пост. ток - 3-фазный ток) - асинхронный двигатель с целью устранения самовозбуждения и самораскачивания во взаимосвязанной системе 2 статических преобразователей, 4 асинхронных двигателей, т.к. самовозбуждение может возникнуть в любом из 4 асинхронных двигателей. Параметры каждого двигателя, статического преобразователя, конденсаторных батарей отличаются и в каждом случае нужны дополнительные индивидуальные датчики, блоки и связи для точного, экономичного и оперативного устранения самовозбуждения в конкретной цепи. The disadvantage of this device is the structural complexity in the case of application for 3-phase motors, the technological impossibility of implementation for the system: direct current - capacitor voltage divider - static converter (direct current - 3-phase current) - induction motor in order to eliminate self-excitation and self-pumping during interconnected system of 2 static converters, 4 induction motors, as self-excitation can occur in any of the 4 induction motors. The parameters of each motor, static converter, capacitor banks are different and in each case additional individual sensors, blocks and communications are needed to accurately, economically and quickly eliminate self-excitation in a particular circuit.

Наиболее близким является устройство преобразования электрической энергии, содержащее 3-уровневый регулятор с широтно-импульсной модуляцией, которое обеспечивает непрерывное и плавное регулирование выходного напряжения от 0 до максимального значения. Преобразователь электрической энергии включает устройство формирования многоимпульсной последовательности для работы в режимах двухполярной модуляции, однополярной модуляции и перемодуляции, устройство для формирования одиночных импульсов и устройство управления, обеспечивающие переключение этих режимов модуляции по фазам A, B, C. Кроме того, устройство содержит токоприемник, который соприкасается с контактным проводом "+", дроссель, сетевые конденсаторы "+" и "-", асинхронный двигатель, колеса, являющиеся контактным проводом "-" [Устройство преобразования электрической энергии. Пат. N 5587891 США, H 02 M 7/5387, 24.12.96 г., Опубл., прототип]. The closest is a device for converting electrical energy containing a 3-level regulator with pulse-width modulation, which provides continuous and smooth regulation of the output voltage from 0 to maximum value. The electric energy converter includes a multi-pulse sequence forming device for operating in bipolar modulation, unipolar modulation and overmodulation modes, a device for generating single pulses and a control device for switching these modulation modes in phases A, B, C. In addition, the device includes a current collector, which in contact with the contact wire "+", inductor, line capacitors "+" and "-", asynchronous motor, wheels that are the contact wire "-" [Device during conversion of electric energy. Pat. N 5587891 USA, H 02 M 7/5387, 12.24.96, Publ., Prototype].

Недостатком этого устройства является неспособность функционально обеспечить устранение режима самовозбуждения и самораскачивания, что приводит в условиях повышенных напряжений к пробоям изоляции, обратным перенапряжениям на тиристорах, нарушающее их работу и вызывающее выход из строя управляющих элементов и всей схемы. Кроме того, к недостаткам устройства можно отнести малую информированность по скорости изменения напряжения, тока, оборотов двигателя и другим изменениям. The disadvantage of this device is the inability to functionally ensure the elimination of self-excitation and self-pumping mode, which leads to increased breakdowns of insulation, reverse overvoltages on thyristors under conditions of increased voltage, disrupting their operation and causing failure of the control elements and the entire circuit. In addition, the disadvantages of the device include low awareness of the rate of change of voltage, current, engine speed and other changes.

Задачей настоящего изобретения является снижения уровня самовозбуждения и самораскачивания в начальной стадии и их гашение с блокировкой от повторных моментов, повышение качества электроснабжения асинхронных электродвигателей, надежности эксплуатации управляющих блоков, увеличение ресурса эксплуатации изоляции, обеспечение пожаробезопасности эксплуатации всего устройства и обслуживающего персонала, улучшения системы охлаждения инвертора напряжения, обеспечение работы в зоне отсутствия самовозбуждения. Эти задачи решаются для широкой номенклатуры объектов (высокоскоростные поезда, электрички, трамваи, поезда метро и т.п.). The objective of the present invention is to reduce the level of self-excitation and self-pumping in the initial stage and their quenching with blocking from repeated moments, improving the quality of power supply of asynchronous electric motors, the reliability of operation of control units, increasing the life of insulation, ensuring fire safety of the operation of the entire device and maintenance personnel, improving the cooling system of the inverter voltage, ensuring work in the zone of lack of self-excitation. These tasks are solved for a wide range of objects (high-speed trains, electric trains, trams, subway trains, etc.).

Снижение уровня самовозбуждения и самораскачивания начальной стадии и их гашение с блокировкой от повторного явления, повышение качества энергоснабжения асинхронных электродвигателей, надежность эксплуатации управляющих блоков устройства, увеличение ресурса эксплуатации изоляции, обеспечение пожаробезопасности эксплуатации всего устройства и обслуживающего персонала обусловлены установкой дополнительного интеллектуального датчика параметров преобразователя между преобразователем и асинхронным двигателем, интеллектуального датчика параметров вращения вала двигателя с балластным сопротивлением на валу двигателя, причем датчики обеспечивают информацию и о величине сигналов и их первых производных, блока сравнения параметров преобразователя и двигателя, блока пороговых устройств, блока коммутации конденсаторов и разрядных сопротивлений, батарей компенсационных конденсаторов и батарей разрядных сопротивлений на "+" и "-" полюсах. Одновременно информация интеллектуальных датчиков вводится в компьютер устройства в блоке управления. Это позволяет гасить возникающий процесс самовозбуждения еще в начальной стадии, не доводя до самораскачивания вала двигателя, и блокировать устройство от повторного явления, а в случае возникновения самораскачивания включать сигнал компенсации в усиленном режиме с постепенным снижением до нормы. В этом варианте искажение питающего напряжения будет минимальным и CosΦ только кратковременно выйдет из эксплуатацинной нормы. Decrease in the level of self-excitation and self-pumping of the initial stage and their suppression with blocking from a repeated occurrence, improving the quality of power supply of asynchronous electric motors, reliability of operation of control units of the device, increasing the life of insulation, ensuring fire safety of the operation of the entire device and maintenance personnel are due to the installation of an additional intelligent sensor of the converter parameters between the converter and asynchronous motor, intelligent a sensor of rotation parameters of the motor shaft with ballast resistance on the motor shaft, the sensors providing information about the magnitude of the signals and their first derivatives, a unit for comparing the parameters of the converter and the motor, a block of threshold devices, a switching unit for capacitors and discharge resistances, compensation capacitor banks and discharge resistance batteries at the "+" and "-" poles. At the same time, the information of smart sensors is entered into the computer of the device in the control unit. This allows you to quench the emerging process of self-excitation in the initial stage, not leading to self-pumping of the motor shaft, and block the device from re-occurrence, and in case of self-pumping, turn on the compensation signal in enhanced mode with a gradual decrease to normal. In this embodiment, the distortion of the supply voltage will be minimal and CosΦ only briefly out of the operational norm.

В случае повторного самовозбуждения система сигналов оптимизирует общую суммарную емкость входных цепей устройства на грани немного выше критической, т.е. x_c < x_a.In the case of repeated self-excitation, the signal system optimizes the total total capacitance of the input circuits of the device at the edge slightly higher than the critical one, i.e. x _c <x _a .

Такой подход позволяет значительно уменьшить амплитуду раскачивания напряжения, не доводя ее до пробоя изоляции, и как следствие ликвидируются условия возникновения электродуги и пожара. Кроме того, большая амплитуда периодически раскачиваемого напряжения может вывести из строя управляющие блоки устройства по цепям питания. This approach can significantly reduce the amplitude of the voltage swing, without bringing it to the breakdown of insulation, and as a result, the conditions for the occurrence of electric arc and fire are eliminated. In addition, a large amplitude of periodically pumped voltage can damage the control units of the device along the power supply circuits.

Данное решение позволяет, не нарушая работы устройства во время эксплуатации до конечного пункта, устранить причину изменения параметров уже в заводских условиях, на стенде. This solution allows, without disrupting the operation of the device during operation to the final destination, to eliminate the cause of the change of parameters already in the factory, at the stand.

Предложенное устройство соответствует критерию "новизна", имеет отличительные признаки от прототипа, заключающиеся в том, что между преобразователем по фазам и асинхронным двигателем дополнительно включен интеллектуальный датчик параметров преобразователя, на валу двигателя установлен интеллектуальный датчик параметров вращения вала двигателя с балластным сопротивлением, блок сравнения параметров преобразователя и двигателя, блок пороговых устройств, два блока коммутации компенсационных конденсаторов и разрядных сопротивлений, две батареи разрядных сопротивлений, две батареи компенсационных конденсаторов, причем выходы датчиков параметров преобразователя и частоты вращения ротора соединены со входами блока сравнения параметров преобразователя и двигателя, один выход блока сравнения параметров соединен со входом блока пороговых устройств, а другой выход этого блока соединен со входом блока управления преобразователем, выход блока пороговых устройств и соединен со входами блоков коммутации компенсационных конденсаторов и разрядных сопротивлений, по одному входу каждого блока коммутации компенсационных конденсаторов и разрядных сопротивлений соединены со средней точкой, а по одному выходу соединены уравнительной связью между собой, коммутационные выходы этих блоков соединены со входами батарей компенсационных конденсаторов и разрядных сопротивлений, выходы этих батарей соединены с полюсами "+" или "-" соответственно блоков преобразователей фаз A, B, C. The proposed device meets the criterion of "novelty", has distinctive features from the prototype, namely, that between the in-phase converter and the induction motor, an intelligent sensor of the converter parameters is additionally included, an intelligent sensor of the rotation parameters of the motor shaft with ballast resistance is installed on the motor shaft, a parameter comparison unit converter and motor, block of threshold devices, two switching blocks of compensation capacitors and discharge resistances, there are batteries of discharge resistances, two batteries of compensation capacitors, and the outputs of the sensor parameters of the converter and the rotor speed are connected to the inputs of the block of comparison of the parameters of the converter and the motor, one output of the parameter comparison block is connected to the input of the threshold device block, and the other output of this block is connected to the input of the block control the converter, the output of the block of threshold devices and is connected to the inputs of the switching blocks of the compensation capacitors and discharge resistances, one at a time the input of each switching unit of the compensation capacitors and discharge resistances are connected to the midpoint, and one output is connected by equalizing connection between each other, the switching outputs of these blocks are connected to the battery inputs of the compensation capacitors and discharge resistances, the outputs of these batteries are connected to the poles "+" or "- "respectively blocks of phase converters A, B, C.

Устройство, содержащее такую совокупность существенных признаков, как подтверждается патентными исследованиями, не описаны в источниках патентной и технической литературы. Кроме того, отличительные признаки не обнаружены в известных технических решениях и благодаря им у устройства появляются положительные свойства, заключающиеся в быстроте реагирования на явление самовозбуждения в начальной стадии и гашении этого явления с блокировкой от повторения до заводского осмотра и восстановления на стенде начальных параметров. А в случае возникновения самораскачивания включается сигнал компенсации в усиленном режиме с постепенным снижением до нормы. В этом случае искажение питающего напряжения будет минимальным и CosΦ только кратковременно выйдет из эксплуатационной нормы. Источником сигнала самораскачивания является интеллектуальный датчик параметров вращения вала двигателя с балластным сопротивлением, который фиксирует фазовые сдвиги, управляет углом открытия тиристоров, а, следовательно, и амплитудой напряжения. При этом снижаются потери, упрощается и удешевляется система охлаждения инвертора напряжения со звеном постоянного тока с широтно-импульсным регулированием частоты, т. к. такая обратная связь обеспечивает самое оперативное регулирование при самораскачивании. Двойная информация повышает уровень компенсации самовозбуждения и самораскачивания асинхронного электродвигателя, снижает время ликвидации данного нежелательного явления, удешевляет саму конструкцию устройства, повышает надежность его эксплуатации и обеспечивает работу устройства в зоне отсутствия самовозбуждения. Только система из двух датчиков, позволяющих подключать и отключать дополнительные конденсаторные батареи, обеспечивает гибкий контроль за эксплуатацией устройства в переходных режимах работы. A device containing such a combination of essential features, as confirmed by patent research, is not described in the sources of patent and technical literature. In addition, the distinguishing features were not found in the known technical solutions and thanks to them, the device has positive properties, consisting in the speed of response to the phenomenon of self-excitation in the initial stage and the damping of this phenomenon with a lock from repetition to factory inspection and restoration of the initial parameters on the stand. And in the event of self-pumping, the compensation signal is turned on in the amplified mode with a gradual decrease to normal. In this case, the distortion of the supply voltage will be minimal and CosΦ only briefly out of service. The source of the self-pumping signal is an intelligent sensor of rotation parameters of the motor shaft with ballast resistance, which detects phase shifts, controls the opening angle of the thyristors, and, consequently, the voltage amplitude. At the same time, losses are reduced, the cooling system of the voltage inverter with a DC link with pulse-width frequency regulation is simplified and cheaper, since such feedback provides the most efficient control during self-pumping. Double information increases the level of compensation of self-excitation and self-pumping of an asynchronous electric motor, reduces the time to eliminate this undesirable phenomenon, reduces the cost of the design of the device, increases the reliability of its operation and ensures the operation of the device in the zone of lack of self-excitation. Only a system of two sensors, allowing you to connect and disconnect additional capacitor banks, provides flexible control over the operation of the device in transient modes of operation.

Предлагаемое устройство позволяет решать поставленные задачи. The proposed device allows to solve tasks.

Эти свойства не совпадают со свойствами, являющимися отличительными признаками в известных технических решениях, что позволяет считать заявляемое решение соответствующим критерию существенных отличий. These properties do not coincide with the properties that are the hallmarks of the known technical solutions, which allows us to consider the claimed solution meets the criterion of significant differences.

На фиг. 2 приведен пример реализации устройства, изображена схема устройства преобразования электрической энергии. К "+" контактной сети 1 присоединен вовремя движения токоприемник 2, который через "+" токопровод и дроссель 3 соединяется со входами блоков преобразователей фаз A, B, C тягового электропривода 4, 5, 6. Параллельно входам этих блоков тягового преобразователя включены последовательно соединенные компенсационные конденсаторы, которые делят входное напряжение на два напряжения постоянного тока. Напряжение, с выходов преобразователей фаз A, B, C - 4, 5, 6 подключены на вход асинхронного двигателя 9. Второй полюс "-" токопровода с конденсатора 8, блоков 4,5,6 соединен через колесные пары 10 с "-" контактной сети (рельсы). Управляющие входы блоков 4, 5, 6 соединены с выходами блока управления преобразователем 11. In FIG. 2 shows an example implementation of the device, shows a diagram of a device for converting electrical energy. A current collector 2 is connected to the “+” contact network 1 while driving, which is connected via the + conductor and the inductor 3 to the inputs of the units of phase converters A, B, C of the traction electric drive 4, 5, 6. Parallel to the inputs of these units of the traction converter are connected in series compensation capacitors that divide the input voltage into two DC voltages. The voltage from the outputs of phase converters A, B, C - 4, 5, 6 is connected to the input of an induction motor 9. The second pole "-" of the current conductor from capacitor 8, blocks 4,5,6 is connected through wheel pairs 10 s "-" contact network (rails). The control inputs of blocks 4, 5, 6 are connected to the outputs of the control unit of the Converter 11.

Между преобразователем (блоки 4,5,6) и асинхронным двигателем 9 включен интеллектуальный датчик параметров преобразователя 12. На валу асинхронного двигателя 9 смонтирован интеллектуальный датчик мгновенного положения ротора электродвигателя с балластным сопротивлением 13. Выходы датчиков 12, 13 соединены со входами блока сравнения параметров преобразователя и двигателя 14. Выходы этого блока соединены с блоком управления преобразователем 11 и блоком пороговых устройств 15. Выход данного блока соединен со входами блоков коммутации компенсационных конденсаторов и разрядных сопротивлений "+" полюса 16 и "-" полюса 17. Коммутирующие выходы блоков 16, 17 соединены со входами батарей компенсационных конденсаторов 18 и разрядных сопротивлений 19 "+" полюса и со входами батарей компенсационных конденсаторов 20 и разрядных сопротивлений 21 "-" полюса соответственно. Выходы блоков 18, 19 и 20, 21 соединены с "+" и "-" полюсами блоков преобразователя 4, 5, 6. An intelligent sensor of the parameters of the converter 12 is connected between the converter (blocks 4,5,6) and the asynchronous motor 9. An intelligent sensor of the instantaneous position of the rotor of the electric motor with ballast 13 is mounted on the shaft of the asynchronous motor 9. The outputs of the sensors 12, 13 are connected to the inputs of the unit for comparing the parameters of the converter and motor 14. The outputs of this block are connected to the control unit of the converter 11 and the block of threshold devices 15. The output of this block is connected to the inputs of the compensation switching blocks capacitors and discharge resistances "+" of the pole 16 and "-" of the pole 17. The switching outputs of the blocks 16, 17 are connected to the battery inputs of the compensation capacitors 18 and the discharge resistances 19 "+" of the pole and the battery inputs of the compensation capacitors 20 and 21 " - "poles respectively. The outputs of blocks 18, 19 and 20, 21 are connected to the “+” and “-” poles of the converter blocks 4, 5, 6.

В процессе эксплуатации, при движении транспортных средств из-за разброса параметров комплектующих, суммарных параметров преобразовательных цепей в одном из 4 режимов работы может быть нарушено условие отсутствия самовозбуждения, когда при данном x_c r < r_кр. Асинхронный двигатель 9 будет периодически переходить то в генераторный режим, то в двигательный, что приведет к самораскачиванию вала двигателя. Одновременно меняются параметры токов, частоты и напряжения в цепи статора, связанной с выходами преобразователей фаз A, B, C. Эти отклонения мгновенно улавливают интеллектуальные датчики параметров вращения вала двигателя и параметров преобразователя, обработанная информация поступает в блок сравнения параметров, преобразователя и двигателя, после расчета информация поступает в блок пороговых устройств. В этом блоке определяется уровень сигналов воздействия, которые передаются в блоки коммутации 16 и 17, там управляющие сигналы преобразуются в коммутирующие. При эффективном воздействии и ликвидации самовозбуждения и самораскачивания двигателя по информации интеллектуальных датчиков схема переходит в исходное положение.During operation, when vehicles are moving due to the variation in the parameters of components, the total parameters of the converter circuits in one of 4 operating modes, the condition of the absence of self-excitation can be violated when, for a given x _c r <r _cr . The asynchronous motor 9 will periodically go into the generator mode, then into the motor mode, which will lead to self-pumping of the motor shaft. At the same time, the parameters of the currents, frequency and voltage in the stator circuit associated with the outputs of the phase inverters A, B, C. calculation information is supplied to the block of threshold devices. In this block, the level of influence signals is determined, which are transmitted to switching blocks 16 and 17, where control signals are converted into switching ones. With the effective impact and elimination of self-excitation and self-pumping of the engine according to the information of smart sensors, the circuit goes to its original position.

Предложение обеспечивает эффективную защиту от явления самовозбуждения и самораскачивания в начальной стадии и последствий, которые вызывают эти явления:
периодические изменения напряжения, тока и частоты в цепи статора в несколько раз, что позволяет снизить требования к изоляции цепей;
самораскачивания, что улучшает условия управления асинхронными двигателями;
увеличивает эксплуатационный ресурс аппаратуры и кабелей устройства;
обеспечивает блокировку от повторных явлений до заводской регулировки;
повышает качество электропитания асинхронных электродвигателей;
обеспечивает пожаробезопасность эксплуатации всего устройства и обслуживающего персонала;
снижает потери электроэнергии за счет дополнительных потерь на нагрев;
упрощает и улучшает условия работы системы охлаждения.The proposal provides effective protection from the phenomenon of self-excitation and self-expansion in the initial stage and the consequences that these phenomena cause:
periodic changes in voltage, current and frequency in the stator circuit several times, which reduces the requirements for insulation of circuits;
self-extracting, which improves the conditions for controlling asynchronous motors;
increases the operational life of the equipment and cables of the device;
provides blocking from repeated occurrences to factory adjustment;
improves the quality of power supply of induction motors;
provides fire safety for the operation of the entire device and maintenance personnel;
reduces energy losses due to additional heating losses;
simplifies and improves the working conditions of the cooling system.

Claims

A device for converting electrical energy containing a current collector, inductor, converter with phase converters A, B, C, network capacitors "+" and "-" poles, an induction motor, wheels that are "-" a contact wire, a converter control unit, and the midpoint of the network capacitors through the conversion units in phases A, B, C is connected to the stator of an asynchronous electric motor, the output of the converter control unit is connected to the inputs of the conversion units in phases A, B, C, different t m, that between the conversion units in phases A, B, C and the asynchronous motor an intelligent sensor of the converter parameters is additionally included, an intelligent sensor of the instantaneous position of the rotor of the electric motor with ballast resistance is installed on the motor shaft, in addition, a unit for comparing the parameters of the converter and electric motor, a threshold block devices, two switching blocks of compensation capacitors and discharge resistances, two batteries of compensation capacitors and two batteries its discharge resistances, and the outputs of the sensor parameters of the converter and the instantaneous position of the rotor of the electric motor are connected to the inputs of the unit for comparing the parameters of the converter and the electric motor, one output of the comparison unit is connected to the input of the block of threshold devices, and the other output is to the input of the block of control of the converter, the output of the block of threshold devices is connected with inputs of switching blocks of compensation capacitors and bit resistances, one input of each switching block is connected to the average point of the network capacitors, and on one output are connected by equalizing connection between each other, the switching outputs of these blocks are connected to the battery inputs of the compensation capacitors and discharge resistances, the battery outputs are connected to the poles "+" or "-" of the converter blocks in phases A, B, C.