Совместная работа нескольких АТД на общую нагрузку может осуществляться при различных вариантах их подключения к выходному преобразователю (рис. 11.11). Учитывая, что при большой единичной мощности АТД каждый двигатель получает питание от собственного инвертора, возможно несколько различных структурных схем их подключения к тяговому трансформатору.

На рис. 11.11, а приведена схема, где трансформатор имеет столько вторичных обмоток, сколько тяговых двигателей и инверторов. В этом случае к каждой вторичной обмотке трансформатора подключается выпрямительная установка В, автономный инвертор И и асинхронный тяговый двигатель А ГД. Особенностью этой схемы является отсутствие гальванической связи между АТД, наличие большого числа выпрямителей и фильтров Ф.

Схема рис. 11.11, б характеризуется наличием гальванической связи между инверторами на стороне вторичной обмотки тягового трансформатора, но по аналогии с предыдущей имеет то же число выпрямительных установок. В этой схеме значительно упрощается тяговый трансформатор.

Значительное уменьшение числа выпрямительных установок и фильтров достигается при соединении инверторов по схеме, показанной на рис. 11.11, в. В этом случае автономные инверторы подключаются к общему фильтру. При таком варианте может осуществляться как раздельное регулирование частоты тока каждого двигателя, так и совместное. При этом следует рассматривать два режима работы инверторов: синхронный (с одинаковой частотой) и асинхронный (с различной частотой).

Проведенная выше оценка нагрузки АТД при общем регулировании показала целесообразность совместного регулирования их частоты н напряжения. Для оценки электромагнитных нагрузок преобразователей и их элементов рассмотрим процессы в схеме, представленной на рис. 11.11, в.

В случае синхронного режима работы двух инверторов со сдвигом по фазе между коммутациями на угол у напряжения на статорах АТД1 и АТД2 будут иметь вид, показанный на рис. 11.12.

Фазные токи двигателей іа\ и іаі при учете только основной гармоники представляют синусоиды, смещенные относительно напряжений иа углы фи и ф12 соответственно.

Токи, потребляемые инверторами от фильтра, соответствуют фазному току в интервале от я/3 до 2я/3 и могут быть представлены в виде:

Суммарный ток, потребляемый от фильтра, is = «„і + имеет пилообразную форму с амплитудой пульсаций: Дis = /imaxsin фп = = Лтах sin Ф12 ПРИ условии, что токи іА\ и іА2 равны. Среднее значение суммарного тока

31/2

1 иі + Лі* = 2 /1cos<p.

Л

Частота пульсаций тока при произвольном значении угла у Ф Ф я/6 в 6 раз превышает частоту тока статора АТД. Однако при у-= я/6 частота пульсаций тока уже в 12 раз превышает частоту тока двигателя и позволяет существенно уменьшить пульсации напряжения на конденсаторе фильтра.

При асинхронном режиме работы инверторов частоты токов АТД1 и АТД2 будут различны и равны <ои и <о соответственно. Диаграммы напряжений им, иА2 и токов iA\ на выходе каждого инвертора, а также токов іИ1, іи2 инверторов и суммарного тока, потребляемого от фильтра ім + 1И2. приведены на рис. 11.13. И хотя среднее значение тока I„1+1 будет равно среднему значению суммарного тока при синхронном режиме работы инверторов, амплитуда пульсаций может достигать значений At'smax = 21 sin ф, (при условии равенства ф„ -

Диаграммы токов и напряжений при параллельном включении инверторов и синхронном режиме их работы

Рис. 11.12. Диаграммы токов и напряжений при параллельном включении инверторов и синхронном режиме их работы

Диаграммы токов и напряжений при параллельном включении инверторов и асинхронном режиме нх работы

Рис. 11.13. Диаграммы токов и напряжений при параллельном включении инверторов и асинхронном режиме нх работы

= ф!2==ф1). Это приведет к увеличению пульсаций напряжения на конденсаторе фильтра. Кроме того, при конечных значениях параметров фильтра в спектрах токов выпрямителя и инверторов напряжения на входе инвертора появятся дополнительные гармоники с частотами:

где п, т1, щ=-оо.....- 1, О, I, .... оо.

Так как частоты шп и ш12 обусловлены различными диаметрами бандажей колесных пар, соединенных с АТД1 и АТД2, то разница |ш11- -<о12| будет невелика, что вызовет появление низкочастотных колебаний электрических и механических переменных в приводе. Поэтому параллельная работа АИН при питании от общего фильтра с различными частотами нежелательна. Такой режим работы допустим, если емкость конденсатора фильтра достаточно велика или входной преобра

зователь обеспечивает стабилизацию напряжения на входе инвертора (например, четырех квадрантный преобразователь).

Количественную оценку влияния параллельного подключения нескольких инверторов к одному фильтру при синхронном режиме их работы на электромагнитные процессы в тяговом электроприводе удобно выполнить с использованием рассмотренной методики (см. главу 8). При этом если инверторы работают с одинаковыми частотами: (ши -о) - (О!) и начальная фаза (по отношению к началу отсчета) коммутационной функции второго инвертора будет равна у, то для коммутационной функции первого и второго инверторов можно записать:

При этом функция /, совпадает с выражением (8.16), а в выражении для ]г появляется дополнительный сомножитель е_/<6*+1>1\

Опуская промежуточные преобразования по аналогии с выражением (8.65), можно получить уравнение для расчета гармоник тока выпрямителя в виде:

(11.19)

Сравнивая выражения (8.59) и (11.19), можно отметить, что во втором слагаемом числителя появился дополнительный сомножитель 1 4- е/6"1*, а в последнем слагаемом знаменателя - сомножитель 2. Появление указанных сомножителей приводит к тому, что при у=--- я/6 гармоники тока с индексами т - ±1, ±3, ... в спектре тока выпрямителя отсутствуют. Кроме того, расчеты, выполненные по уравнению (11.19), при известных параметрах фильтра (см. главу 8), показали следующее:

амплитуды гармоник напряжения на входе инвертора уменьшились приблизительно в 2 раза;

сместились в диапазон более низких частот (около 25 Гц) зоны, в которых возникают резонансные явления (см. рис. 8.9);

относительные амплитуды гармоник тока выпрямителя (/У'")* уменьшились приблизительно вдвое;

улучшились формы тока АТД, особенно в области высоких частот, из-за резкого уменьшения низкочастотной составляющей тока;

коэффициент мощности АТД увеличился и приблизился к значению, соответствующему питанию инвертора от идеального источника напряжения.

Таким образом, при параллельном соединении автономных инверторов напряжения и синхронном режиме их работы с фиксированным фа

зовым сдвигом V =7^= 0 значительно улучшаются условия работы промежуточного звена постоянного напряжения, уменьшаются искажения формы токов и напряжений АТД, что позволяет улучшить энергетические показатели их работы.

Условия параллельной работы асинхронных тяговых двигателей | Электроподвижной состав с асинхронными тяговыми двигателями | Тяговые свойства ЭПС с асинхронными тяговыми двигателями

Рекомендуемый контент: