Передачі змінного струму

У передачах змінного струму замість колекторних тягових електродвигунів застосовують безколекторні двигуни змінного струму. Основними видами безколекторних двигунів є асинхронний і вентильний (синхронний) двигуни. Застосування в електричних передачах вентильних двигунів в якості тягових стримується низкою причин. По-перше, регулювання швидкості обертання ротора можливо лише за рахунок зміни частоти напруги, що підводиться. При цьому зміна частоти напруги, що підводиться має строго відповідати швидкості обертання ротора не тільки в сталих, але і в перехідних процесах. По-друге, суттєві труднощі виникають зі створенням досить великого моменту при рушанні локомотива.

Найбільш перспективним у цьому відношенні асинхронний двигун, завдяки наступним перевагам: простота, надійність, висока питома потужність, жорстка характеристика, порівняно низька вартість. При однакових моменті і потужності маса асинхронного двигуна на 25 - 30% менше, ніж двигуна постійного струму. Застосування передачі змінного струму з асинхронними тяговими двигунами на тепловозах довгий час стримувалося відсутністю надійного і економічного перетворювача частоти.

Роботи з дослідження та розробки передачі змінного струму почалися в СРСР в середині 60-х років. У 1968 році передачею змінного струму були обладнані секції електровоза ВЛ80 А і ВЛ80 У (передачі містили як асинхронні, так і вентильні тягові двигуни), в 1969 році - тепловоз ВМЕ і секція турбопоїзди. Пізніше асинхронні тягові двигуни були встановлені на електровозах ВЛ86 Ф. У 1976 році побудований дослідний вантажний тепловоз те120 з асинхронними двигунами. Актуальним цей напрям розвитку локомотивобудування є до теперішнього часу. Кілька варіантів електричних передач з безколекторними тяговими двигунами представлено на рис. 3.3. Основними елементами передач змінного струму є тяговий синхронний генератор (СГ), тягова випрямна установка (ПУ), інвертор (І) (або керований комутатор, який виконує функції інвертора), безпосередній перетворювач частоти (НПЧ) (або керований комутатор, який виконує його функції), асинхронний (АТ) або вентильний (ВД) тягові двигуни. Застосування безколекторних тягових двигунів на електрорухомому складі стало можливим з появою тиристорів. На першому вітчизняному електровозі ВЛ80 А з асинхронними тяговими двигунами були використані тиристори ТЛ200 на ток 200А і робоча напруга 800В. Пізніше були створені тиристори на струми до 2500А і напруга до 4500В. Якщо на кожен асинхронний тяговий двигун електровоза ВЛ80 А доводилося спочатку близько 180 тиристорів ТЛ200, то застосування нових тиристорів дозволило знизити їх кількість до 6 - 12 в одному інверторному ланці.

Поява інтегральних мікросхем і мікропроцесорної техніки стало новою сходинкою в удосконаленні систем управління електричними передачами змінного струму. Не так давно з'явилися тиристори, замикаються по керуючому електроду, а також силові транзистори. Їх застосування дозволяє істотно знизити питому масу перетворювачів, спростити і підвищити їх надійність. Темпи вдосконалення перетворювальної техніки в даний час такі, що приблизно кожні 5 - 7 років з'являється нове покоління силових напівпровідникових приладів.

Одним із напрямів удосконалення електричних передач змінного струму є застосування в якості тягового генератора асинхронної тягової електричної машини з фазним ротором.

Основні показники асинхронних тягових двигунів,

застосовуваних в електричних передачах локомотивів