Electric drives of traction rolling stocks with ac motors

Abstract

The paper considers the variation of circuit design of the electric drives in traction rolling stocks when traditional DC electric machines are replaced with AC electric machines. Simplified circuit diagrams of the electric drives using electric machines of non-commutator type are offered. Operational defects of DC traction engines are weighed against some positive characteristics of direct current series excitation in traction engines, determining their extensive use in the electric drives of traction rolling stocks. However, the rapid development of semiconductor devices, e.g. thyristors and IGBT transistors, led to the creation of a great variety of semiconductor inverters. This made it possible to develop an autonomous three-phase power supply system for diesel locomotives and algorithms for the AC traction motors and to obtain engine characteristics matching the tractive force by using voltage frequency and current inverters. A mathematical justification of the engine torque and tractive force control as well as its particular characteristics is provided. The graphs demonstrating the particular ways of changing the electrical parameters of an asynchronous motor with a squirrel-cage rotor are also presented.

Straipsnyje nagrinėjami traukos riedmenų elektrinių pavarų struktūros scheminiai pokyčiai keičiant tradicines nuolatinės srovės elektros mašinas kintamosios srovės mašinomis. Pateiktos galimo riedmenų elektrinių pavarų sudarymo supaprastintos schemos naudojant nekolektorines elektros mašinas. Aprašyti nuolatinės srovės traukos variklių eksploatavimo trūkumai, atsižvelgiant į nuolatinės srovės nuoseklaus žadinimo traukos variklių teigiamas savybes, kurios lėmė jų vyravimą traukos riedmenų elektrinėse pavarose. Tačiau spartus jėgos puslaidininkinių tiristorių, IGBT-tranzistorių plėtojimas sudarė prielaidas sukurti didelę puslaidininkinių keitiklių įvairovę. Todėl pavyko šilumvežių traukoje (elektrinės traukos riedmenyse iš vienfazio kontaktinio tinklo, taip pat nuolatinės srovės kontaktinio tinklo) sukurti autonominę trifazę maitinimo sistemą. Joje, naudojant įtampos, dažnio, srovės keitiklius-apgręžiklius, sukurti kintamosios srovės traukos variklio valdymo algoritmai ir gautos traukai pritaikytos variklių charakteristikos. Aprašomas traukos variklių sukimo momento, traukos jėgos reguliavimo matematinis pagrindimas, konkrečios traukos charakteristikos, pateikti grafikai, rodantys, kaip reikia keisti asinchroninio variklio su trumpai jungtu rotoriumi elektrinius parametrus.