PL231294B1

PL231294B1 - Układ napędowy pojazdu trakcyjnego z silnikami indukcyjnymi

Info

Publication number: PL231294B1
Application number: PL423306A
Authority: PL
Inventors: Tadeusz Glinka; Jakub Bernatt; Stanisław Gawron
Original assignee: Instytut Napedow I Masz Elektrycznych Komel
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2019-02-28
Also published as: PL423306A1

Abstract

Układ napędowy pojazdu trakcyjnego z silnikami indukcyjnymi składa się z dwóch bądź z trzech zespołów napędowych, przy czym każdy zespół napędowy zawiera jeden falownik połączony z dwoma silnikami indukcyjnymi. Przynajmniej w jednym zespole silniki mają inną liczbę par biegunów p niż w zespołach pozostałych. W układzie składającym się z dwóch zespołów napędowych A i B silniki( M1, M2) w zespole A, mają liczbę par biegunów pA, a silniki (M3, M4) w zespole B mają liczbę par biegunów pB < pA. W układzie składającym się z trzech zespołów napędowych A, B, C silniki w zespołach (A i B) mają liczbę par biegunów pA = pB, a w zespole C mają liczbę par biegunów pC < pA. W układzie składającym się z trzech zespołów napędowych A, B, C silniki w zespole A mają liczbę par biegunów pA, a w zespołach B i C mają liczbę par biegunów pB = pC < pA. W układzie składającym się z trzech zespołów napędowych A, B, C silniki mają liczbę par biegunów pA > pB > pC. Kolejność usytuowania zespołów napędowych A, B, C w pociągu, lokomotywie lub tramwaju może być dowolna.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ napędowy pojazdu trakcyjnego z silnikami indukcyjnymi dedykowany do lokomotyw, pociągów i tramwajów.

Układy napędowe pojazdów trakcyjnych z silnikami indukcyjnymi stosowane są obecnie w lokomotywach, pociągach i tramwajach. Układy te składają się z dwóch bądź trzech zespołów napędowych. W skład jednego zespołu napędowego wchodzi jeden falownik i dwa silniki indukcyjne klatkowe. W pojazdach trakcyjnych o prędkości maksymalnej nie przekraczającej 120 km/godz., silniki trakcyjne są zabudowane na wózkach i sprzęgnięte poprzez przekładnie z kołami jezdnymi. Takie rozwiązanie stosowane jest w lokomotywach, zespołach trakcyjnych E57, pociągach metra i tramwajach. W pociągach o dopuszczalnej prędkości jazdy większej od 120 km/godz., np. Pendolino, silniki trakcyjne są zamocowane na wagonach pod podłogą wagonów, a napęd na koła jest przekazywany wałem Kardana na przekładnię różnicową umieszczoną na wózku i sprzęgniętą z kołami jezdnymi. Silniki indukcyjne we wszystkich zespołach trakcyjnych są identyczne, tak pod względem budowy jak i uzwojenia, tzn. uzwojenie we wszystkich silnikach ma identyczną liczbę biegunów. Silniki pracują w dwóch strefach prędkości obrotowej. Pierwsza strefa regulacyjna 0 < n < nu jest realizowana poprzez zmianę napięcia U i częstotliwości f, przy y = constans. Druga strefa regulacyjna nu < n < n_max jest realizowana poprzez zmianę częstotliwości f, przy U = constans. W pierwszej strefie moment napędowy silników jest stały T = constans, co przekłada się na stałą siłę pociągową F = constans. W drugiej strefie moment napędowy silników zmniejsza się z kwadratem częstotliwości T~—. Pierwsza strefa regulacji odpowiada prędkość jazdy pociągu 0 < v < vn. Druga strefa regulacji odpowiada prędkość jazdy pociągu vn < v < vmax. W pierwszej strefie regulacji układ napędowy ma znaczną nadwyżkę momentu T w stosunku do potrzebnej siły pociągowej F pokonującej siłę oporu jazdy. Nadwyżka momentu T przekracza znacznie maksymalną siłę przyczepności pojazdu do szyn i z tego tytułu nie jest w napędzie wykorzystywana. W drugiej strefie regulacji moment T zespołów napędowych ogranicza prędkość maksymalną jazdy vmax. W celu zwiększenia prędkości maksymalnej pojazdu vmax istnieje potrzeba rozszerzenia pasma prędkości jazdy pojazdu trakcyjnego w drugiej strefie regulacji vn < v < vmax.

Układ napędowy pojazdu trakcyjnego z silnikami indukcyjnymi, składający się z dwóch bądź z trzech zespołów napędowych, przy czym każdy zespół napędowy zawiera jeden falownik połączony z dwoma silnikami indukcyjnymi, według wynalazku wyróżnia się tym, że przynajmniej w jednym zespole silniki mają inną liczbę par biegunów niż w zespołach pozostałych. Przy dwóch zespołach napędowych A i B silniki w zespole A mają liczbę par biegunów pa, a w zespole B mają liczbę par biegunów Pb, przy czym Pa > Pb. Przy trzech zespołach napędowych A, B, C silniki w zespołach A i B mają liczbę par biegunów pa = Pb, a w zespole C mają liczbę par biegunów pc < Pa. Przy trzech zespołach napędowych A, B, C silniki w zespole A mają liczbę par biegunów pa, a w zespołach B i C mają liczbę par biegunów Pb = Pc < Pa. Przy trzech zespołach napędowych A, B, C silniki w zespole A mają liczbę par biegunów Pa, a w zespole B mają liczbę par biegunów Pb, a w zespole C mają liczbę par biegunów pc, przy czym Pa > Pb > Pc. Kolejność usytuowania zespołów napędowych A, B, C w pociągu, lokomotywie lub tramwaju może być dowolna.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie rozwiązania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia dwa zespoły trakcyjne A i B, a fig. 2 - wykresy sił działających w funkcji prędkości jazdy pojazdu. Układ napędowy pojazdu trakcyjnego silnikami indukcyjnymi M1 * M4 składa się z dwóch zespołów napędowych A i B. Zespół A zawiera falownik F1 trójfazowy DC/AC, połączony z dwoma trójfazowymi silnikami M1 i M2 indukcyjnymi. Zespół B zawiera falownik F2 trójfazowy DC/AC połączony z dwoma trójfazowymi silnikami M3 i M4 indukcyjnymi. Falownik F1 składa się z sześciu zaworów energoelektronicznych V1 * V6. Falownik F2 składa się z sześciu zaworów energoelektronicznych V7 * V12. Wszystkie zawory V1 * V12 są sterowane z mikroprocesorowego sterownika Sp. Silniki M1 i M2 mają liczbę par biegunów pa, np. pa = 3. Silniki M3 i M4 mają liczbę par biegunów Pb, np. Pb = 2. Obydwa zespoły trakcyjne są zasilane napięciem stałym z sieci trakcyjnej o napięciu U.

Zespół napędowy A generuje siłę pociągową Fa. Silniki M1 i M2 pracują w dwóch strefach prędkości obrotowej. Pierwsza strefa regulacji prędkości obrotowej 0 < n < nuA jest realizowana poprzez zmianę napięcia U i częstotliwości f, przy - = constans, nuA oznacza prędkość znamionową silników, która jest mniejsza o poślizg (około 2%) od prędkości synchronicznej niA = 60 —. Jeśli przy pełnym

PL 231 294 B1 wysterowaniu zaworów V1 + V6 częstotliwość /na = 50 Hz, to πια = 1000 ob/min. Druga strefa regulacyjna πνα < π < nAmax jest realizowana poprzez zmianę częstotliwości /, przy U = constans. W pierwszej strefie moment napędowy silników jest stały Ta = constans, co przekłada się na stałą siłę pociągową Fa = constans. W drugiej strefie moment napędowy silników zmniejsza się z kwadratem częstotliwości Ta ~ —. Pierwsza strefa regulacji odpowiada prędkość jazdy pociągu 0 < v < va. Druga strefa regulacji

Za odpowiada prędkość jazdy pociągu va < v < v«. Na wykresie fig. 2 jest to linia Fa.

Zespół napędowy B generuje siłę pociągową Fb. Silniki M3 i M4 pracują w dwóch strefach prędkości obrotowej. Pierwsza strefa regulacji prędkości obrotowej 0 < n < πνα jest realizowana poprzez u zmianę napięcia U i częstotliwości /, przy - = constans. πνβ oznacza prędkość znamionową silników, ί

która jest mniejsza o poślizg (około 2%) od prędkości synchronicznej πιβ = 60 Jeśli przy pełnym PB wysterowaniu zaworów V7 + V12 częstotliwość /nb = 50 Hz, to πιβ = 1500 ob./min. Druga strefa regulacyjna πνβ < n < nBmax jest realizowana poprzez zmianę częstotliwości /, przy U = constans. W pierwszej strefie moment napędowy silników jest stały Tb = constans, co przekłada się na stałą siłę pociągową Fb = constans. W drugiej strefie moment napędowy silników zmniejsza się z kwadratem częstotliwości

Tb ~ —. Pierwsza strefa regulacji odpowiada prędkość jazdy pociągu 0 < v < vb. Druga strefa regulacji / B odpowiada prędkość jazdy pociągu vb < v < vii. Na wykresie fig. 2 jest to linia Fb.

Stosunek częstotliwości zespołów — = —, Sumaryczna siła pociągowa zespołów Fa+b ma trzy strefy ίβ PB regulacji prędkości: 0 < v < va, va < v < vb i vb < v < vii. Na wykresie fig. 2 jest to linia Fa+b- Pojazd napędzany zespołami A + B uzyskuje prędkość maksymalną vii. Na wykresie fig. 2 linią Fa+a pokazano także siłę pociągową dwóch zespołów napędowych o tej samej liczbie par biegunów pa. Pojazd napędzany dwoma zespołami A + A o tej samej liczbie par biegunów pa uzyskuje prędkość maksymalną vi < vii.

Jeśli układ napędowy składa się z trzech zespołów napędowych A, B, C, to silniki w zespołach A i B mają liczbę par biegunów pa = Pb, a w zespole pc mają liczbę par biegunów pc < Pa- Jeśli układ napędowy składa się z trzech zespołów napędowych A, B, C, to silniki w zespole A mają liczbę par biegunów Pa, a w zespołach B i C mają liczbę par biegunów Pb = pc < Pa. Jeśli układ napędowy składa się z trzech zespołów napędowych A, B, C, to silniki w zespole A mają liczbę par biegunów pa, a w zespole B mają liczbę par biegunów Pb, a w zespole C mają liczbę par biegunów pc, przy czym pa > Pb > Pc. Kolejność usytuowania zespołów napędowych w pociągu, lokomotywie lub tramwaju może być dowolna.

Na wykresie fig. 2 linią R oznaczono siłę oporu jazdy, a linią Gp maksymalną wartość przyczepności kół pojazdu do szyn.

Trakcyjny układ napędowy z zespołami napędowymi A + B ma lepiej ukształtowaną charakterystykę siły pociągowej Fa+b = f(v) od charakterystyki Fa+a = f(v) zespołów napędowych o identycznej biegunowości. Charakterystyka Fa+b = f(v) jest znacznie lepiej dostosowane do charakterystyki oporów jazdy R = f(v) pojazdu trakcyjnego. Pojazd trakcyjny przy charakterystyce pociągowej Fa+b = f(v) uzyskuje większą prędkość maksymalną.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ napędowy pojazdu trakcyjnego z silnikami indukcyjnymi składający się z dwóch bądź z trzech zespołów napędowych, przy czym każdy zespół napędowy zawiera jeden falownik połączony z dwoma silnikami indukcyjnymi, znamienny tym, że przynajmniej w jednym zespole silniki mają inną liczbę par biegunów p niż w zespołach pozostałych.
2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że przy dwóch zespołach napędowych A i B silniki M1, M2 w zespole A, mają liczbę par biegunów pa, a silniki M3, M4 w zespole B mają liczbę par biegunów Pb < Pa.
3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że przy trzech zespołach napędowych A, B, C silniki w zespołach A i B mają liczbę par biegunów pa = Pb, a w zespole C mają liczbę par biegunów Pc < Pa-
4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że przy trzech zespołach napędowych A, B, C silniki w zespole A mają liczbę par biegunów pa, a w zespołach B i C mają liczbę par biegunów Pb = Pc < Pa4

PL 231 294 Β1
5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że przy trzech zespołach napędowych A, B, C silniki w zespole A mają liczbę par biegunów pa, a w zespole B mają liczbę par biegunów ps, a w zespole C mają liczbę par biegunów pc, przy czym Pa> Pb> Pc-
6. Układ według zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że kolejność usytuowania zespołów napędowych A, B, C w pociągu, lokomotywie lub tramwaju może być dowolna.