Передачи переменного тока

В передачах переменного тока вместо коллекторных тяговых электродвигателей применяют бесколлекторные двигатели переменного тока. Основными видами бесколлекторных двигателей являются асинхронный и вентильный (синхронный) двигатели. Применение в электрических передачах вентильных двигателей в качестве тяговых сдерживается рядом причин. Во-первых, регулирование скорости вращения ротора возможно только за счет изменения частоты подводимого напряжения. При этом изменение частоты подводимого напряжения должно строго соответствовать скорости вращения ротора не только в установившихся, но и в переходных процессах. Во-вторых, существенные трудности возникают с созданием достаточно большого момента при трогании локомотива.

Наиболее перспективен в этом отношении асинхронный двигатель, благодаря следующим преимуществам: простота, надежность, высокая удельная мощность, жесткая характеристика, сравнительно низкая стоимость. При одинаковых крутящем моменте и мощности масса асинхронного двигателя на 25 - 30% меньше, чем двигателя постоянного тока. Применение передачи переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями на тепловозах долгое время сдерживалось отсутствием надежного и экономичного преобразователя частоты.

Работы по исследованию и разработке передачи переменного тока начались в СССР в середине 60-х годов. В 1968 году передачей переменного тока были оборудованы секции электровоза ВЛ80^А и ВЛ80^В (передачи содержали как асинхронные, так и вентильные тяговые двигатели), в 1969 году - тепловоз ВМЭ и секция турбопоезда. Позднее асинхронные тяговые двигатели были установлены на электровозах ВЛ86^Ф. В 1976 году построен опытный грузовой тепловоз ТЭ120 с асинхронными двигателями. Актуальным это направление развития локомотивостроения является до настоящего времени. Несколько вариантов электрических передач с бесколлекторными тяговыми двигателями представлено на рис. 3.3. Основными элементами передач переменного тока являются тяговый синхронный генератор (СГ), тяговая выпрямительная установка (ВУ), инвертор (И) (или управляемый коммутатор, выполняющий функции инвертора), непосредственный преобразователь частоты (НПЧ) (или управляемый коммутатор, выполняющий его функции), асинхронный (АД) или вентильный (ВД) тяговые двигатели. Применение бесколлекторных тяговых двигателей на электроподвижном составе стало возможным с появлением тиристоров. На первом отечественном электровозе ВЛ80^А с асинхронными тяговыми двигателями были использованы тиристоры ТЛ200 на ток 200А и рабочее напряжение 800В. Позднее были созданы тиристоры на токи до 2500А и напряжение до 4500В. Если на каждый асинхронный тяговый двигатель электровоза ВЛ80^А приходилось первоначально около 180 тиристоров ТЛ200, то применение новых тиристоров позволило снизить их количество до 6 – 12 в одном инверторном звене.

Появление интегральных микросхем и микропроцессорной техники явилось новой ступенью в совершенствовании систем управления электрическими передачами переменного тока. Не так давно появились тиристоры, запираемые по управляющему электроду, а также силовые транзисторы. Их применение позволяет существенно снизить удельную массу преобразователей, упростить и повысить их надежность. Темпы совершенствования преобразовательной техники в настоящее время таковы, что примерно каждые 5 – 7 лет появляется новое поколение силовых полупроводниковых приборов.

Одним из направлений совершенствования электрических передач переменного тока является применение в качестве тягового генератора асинхронной тяговой электрической машины с фазным ротором.

Таблица 3.3.

Основные показатели асинхронных тяговых двигателей,

применяемых в электрических передачах локомотивов