Электрическая передача транспортного средства с регулируемым электродинамическим торможением

 

Использование: транспортные средства с автономными источниками электрической энергии и электродвигателями постоянного тока. Сущность изобретения: электрическая передача содержит автономный источник регулируемого постоянного напряжения (тяговый генератор или синхронный генератор с выпрямителем), группу тяговых электродвигателей с реверсорами и тормозными резисторами, ключи, осуществляющие переключение обмоток тяговых электродвигателей, и диоды. Новизна изобретения достигается использованием диодов. Технический результат состоит в упрощении реализации и оптимизации тормозного режима. 4 з. п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области транспортных средств с автономными источниками электрической энергии, тяговыми электродвигателями постоянного тока и предназначено для тепловозов с электрическими передачами постоянного и переменно-постоянного тока.

Известна электрическая передача тепловоза, которая содержит автономный источник регулируемого постоянного напряжения, тяговые электродвигатели, реверсоры, контакторы, тормозные резисторы и обеспечивает тяговый режим и режим регулируемого электродинамического торможения тепловоза. Изменение режимов осуществляется переключением электродвигателей. В тяговом режиме к источнику напряжения подключены параллельно соединенные электродвигатели. В режиме торможения тормозные резисторы подключены к якорным обмоткам электродвигателей, а их обмотки возбуждения соединены последовательно и подключены на напряжение источника. Регулирование торможения осуществляется изменением напряжения источника. Известному устройству присущи такие недостатки. В силовые цепи электрической передачи включено большое количество контакторов, что усложняет ее исполнение, техническое обслуживание и снижает надежность. При малых скоростях движения тепловоза имеет место низкая эффективность электродинамического торможения. Отсутствует тормозной эффект при невращающихся электродвигателях. Регулирование торможения осуществляется недостаточно плавно.

Сущность изобретения состоит в следующем. Электрическую передачу, которая содержит автономный источник регулируемого постоянного напряжения, тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения с реверсорами и тормозными резисторами, рабочие и тормозные ключи, выполненные контактными в виде контактов коммутационных аппаратов (контакторов, тормозных переключателей), дополняют разделительными диодами и вспомогательными ключами. Тормозные и вспомогательные ключи выполняют или контактными, или бесконтактными в виде диодов. Изменяют соединение элементов электрической передачи и включают разделительные диоды последовательно с тормозными резисторами. Рабочие ключи выполняют или контактными, или бесконтактными из тиристоров. Этим достигается уменьшение количества коммутационных аппаратов в силовых цепях электрической передачи, повышение при малых скоростях движения эффективности электродинамического тормоза и его действие при невращающихся электродвигателях.

Технический результат изобретения характеризуется упрощением, улучшением надежности и повышением эффективности электродинамического торможения.

На фиг. 1 5 приведены схемы электрической передачи с четырьмя (n=4) тяговыми электродвигателями постоянного тока последовательного возбуждения.

На фиг. 1 и 2 показаны автономный источник 1 регулируемого постоянного напряжения, который выполнен в виде тягового генератора постоянного тока, тяговые электродвигатели с якорными обмотками 2 и обмотками возбуждения 3, контактны 4 7 реверсоров, тормозные резисторы 8, разделительные диоды 9, рабочие 10 и тормозные 11 ключи. Ключи 10 выполнены контактными в виде замыкающих контактов коммутационных аппаратов. Ключи 11 выполнены контактными (фиг.1) и бесконтактными в виде диодов (фиг.2).

На фиг. 3 показаны элементы 1 11 и вспомогательные контактные ключи 12 и 13. Источник 1 состоит из синхронного генератора со статорными обмотками 1,1, которые соединены в трахфазную звезду, и трехфазного мостового выпрямителя 1.2.

Электрическая передача (фиг. 4) содержит элементы 1-9, аналогичные по выполняемым функциям элементам 1 9 (фиг. 1 3), тормозные бесконтактные ключи 10. Источник 1 состоит из синхронного генератора с соединенными в звезду статорными обмотками 1.1, двух трехфазных тиристорно-диодных мостов, которые собраны из тиристорных 1.2 и диодных 1.3 групп, и n-2 трехфазных тиристорных мостов, собранных из тиристорных групп 1.2. Тиристорные группы 1.2 выполняют функции рабочих ключей.

Электрическая передача (фиг. 5) содержит элементы 1 10, аналогичные по выполняемым функциям элементам 1 10 фиг. 4, и вспомогательный бесконтактный ключ 11, который выполнен в виде диода. Источник 1 имеет синхронный генератор со статорными обмотками 1.1, один трехфазный тиристорно-диодный мост на тиристорных 1.2 и диодных 1.3 группах, и n-1 тиристорных мостов из тиристорных групп 1.3. Тиристорные группы 1.3 являются рабочими ключами.

Напряжение источника 1 имеет показанную на схемах полярность, которая не меняется и не совпадает с проводящим направлением разделительных диодов. Полярность напряжения обмоток 2 электродвигателей меняется и зависит от режима (тяговый, торможения), электрической передачи. Электрическая передача (фиг.4 и 5) имеет n трехфазных мостов. Каждый мост является индивидуальным для каждого из n тяговых электродвигателей.

Электрическая передача (фиг.1 -3) работает следующим образом.

В тяговом режиме замкнуты контакты 4,5,10 и контакт 12 (фиг.3). Источник 1 питает параллельно соединенные электродвигатели. В их обмотках 2 и 3 протекают равные токи, которые обеспечивают движение транспортного средства. Напряжение обмоток 2 имеет полярность, которая показана на схемах знаками без скобок и не совпадает с проводящим направлением диодов 9. К диодам 11 (фиг.2) прикладывается напряжение источника 1, полярность которого не совпадает с их проводящим направлением. Регулирование частоты вращения электродвигателей осуществляется изменением напряжения источника 1.

Для перехода из тягового режима в режим электродинамического торможения снимают напряжение с выхода тягового генератора (фиг.1 и 2), выпрямителя 1.2 (фиг. 3), размыкают контакты 4,5,10 и контакт 12 (фиг.3), замыкают контакты 6,7, контакты 11 (фиг. 1 и 3) и контакт 13 (фиг.3) и подают напряжение на выход источника 1. После таких переключений обмотки 3 соединены последовательно через контактны 6 и 7, контакты 11 (фиг. 1 и 3), диоды 11 (фиг.2). В схеме фиг. 3 в цепь обмоток 3 включен контакт 13. К цепи обмоток 3 прикладывается напряжение источника 1. Благодаря использованию контактов 12 и 13 в схеме фиг. 3 к обмоткам 3 прикладывается меньшее напряжение по сравнению с напряжением обмоток 3 фиг. 1 и 2. Под действием напряжения источника 1 в целях обмоток 3 протекают токи. Под действием напряжения обмоток 2, полярность которого показана на схемах знаками в скобках и совпадает с проводящим направлением диодов 9, протекают токи в цепях 8 9. При большой частоте вращения электродвигателей токи обмоток 3 меньше токов обмоток 2 и по диодам 9 протекает ток, равный их разности. Когда электродвигатели или вращаются с небольшой частотой, или находятся в неподвижном состоянии, то первые токи больше вторых токов и ток в цепях диодов 9 отсутствует. В цепи из последовательно соединенных обмоток 2 и 3, контактов 6 и 7, резисторов 8, контактов 11 (фиг. 1 и 3), диодов 11 (фиг.2) и контакта 13(фиг. 3) под действием напряжений источника 1 и обмоток 2 (вращающихся электродвигателем) протекает ток. При неподвижных электродвигателях, когда напряжения их обмоток 2 равны нулю, ток в этой цепи сохраняется и протекает под действием напряжения источника 1.

Наличие тока в обмотках 2 и 3 электродвигателей при любой частоте их вращения, включая нулевую, обеспечивает торможение транспортного средства, как во время его движения, так и после остановки. Регулирование торможения осуществляется изменением напряжения источника 1. Электрическая передача (фиг.3) по сравнению с электрической передачей фиг. 1 и 2 обеспечивает более плавное регулирование торможения благодаря уменьшению напряжения источника 1 при переходе из тягового режима в режим электродинамического торможения.

Для перехода из режима электродинамического торможения в тяговый режим снимают напряжение с тяговых электродвигателей, размыкают контакты 6 и 7, контакты 11 (фиг. 1 и 3) и контакт 13 (фиг. 3). После этого замыкают контакты 4,5,10, контакт 12 (фиг.3) и подают напряжение источника 1 на электродвигатели.

При движении транспортного средства в противоположном направлении и в тяговом режиме замкнуты контакты 6,7,10 и контакт 12 (фиг.3). Переход из тягового режима в режим электродинамического торможения осуществляется размыканием контактов 6,7,10 и контакта 12 (фиг.3) и замыканием контактов 4 и 5, контактов 11 (фиг. 1 и 3) и контакта 13 (фиг. 3). После переключений электрическая передача работает в описанных режимах.

Работа электрической передачи фиг. 4 и 5 по сравнению с описанной работой имеет такие особенности. В тяговом режиме поступает напряжение на управляющие электроды тиристоров трехфазных мостов и тиристоры выполняют функции диодов. Каждый трехфазный мост выпрямляет переменное напряжение обмоток 1.1 и питает индивидуальный электродвигатель выпрямленным напряжением. Напряжение, которое действует между общим выводом звезды обмоток 1.1 и общим анодом соответствующей тиристорной группы 1.2, прикладывается к диоду 11 (фиг. 5) и не совпадает с его проводящим направлением. Для перехода из тягового режима в режим электродинамического торможения снимают напряжение с обмоток 1.1 и с управляющих электродов тиристоров, переключают реверсоры и подают напряжение на обмотки 1.1. Напряжение, выпрямленное или двумя диодными группами 1.3 (фиг. 4), или одной диодной группой 1.3 (фиг.5), прикладывается через диод 11 (фиг.5) к цепи последовательно соединенных обмоток 3. Благодаря использованию диода 11 в схеме фиг. 5 к обмоткам 3 прикладывается напряжение, меньшее напряжения обмоток 3 схемы 4. Такое уменьшение напряжения позволяет более плавно регулировать торможение. Для перехода из режима электродинамического торможения в тяговый режим снимают напряжение с обмоток 1.1, переключают реверсоры и подают напряжение на обмотки 1.1 и на управляющие электроды тиристоров.

Формула изобретения

1. Электрическая передача транспортного средства с регулируемым электродинамическим торможением, содержащая автономный источник регулируемого постоянного напряжения, n тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения с реверсорами и тормозными резисторами, рабочие и тормозные ключи, установленные с возможностью параллельного соединения электродвигателей с источником напряжения в тяговом режиме и последовательного подключения к источнику обмоток возбуждения электродвигателей в режиме торможения, отличающаяся тем, что тормозные резисторы подключены к якорным обмоткам электродвигателей через разделительные диоды, включенные в проводящем направлении, не совпадающем с полярностью напряжения источника, у n-го электродвигателя обмотка возбуждения и реверсор по отношению к выводам источника, а разделительный диод по отношению к выводам якорной обмотки включены со стороны, противоположной включению аналогичных элементов остальных n 1 электродвигателей, рабочие ключи для электродвигателей, начиная с второго и кончая (n 1)-м, установлены на обоих выводах источника напряжения, а для первого и n-го электродвигателей лишь на выводе источника со стороны якорных обмоток, тормозные ключи установлены между цепями смежных электродвигателей, причем для пар электродвигателей, начиная с первого и кончая (n 1)-м, между общим выводом тормозного резистора и разделительного диода предыдущего электродвигателя и общим выводом соответствующего рабочего ключа и реверсора последующего электродвигателя, а для пары с (n 1)-м и n-м электродвигателями между обоими общими выводами тормозных резисторов и разделительных диодов.

2. Передача по п. 1, отличающаяся тем, что тормозные ключи выполнены диодными.

3. Передача по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена двумя вспомогательными ключами, а автономный источник регулируемого постоянного напряжения состоит из синхронного генератора с соединенными в звезду статорными обмотками и трехфазного мостового выпрямителя, включенного на его выходе, причем вспомогательные ключи установлены между общим выводом рабочих ключей n 1 электродвигателей и реверсора n-го электродвигателя и соответственно общим выводом звезды статорных обмоток синхронного генератора и выходным выводом выпрямителя.

4. Передача по п. 2, отличающаяся тем, что автономный источник регулируемого постоянного напряжения состоит из синхронного генератора с соединенными в звезду статорными обмотками, n 2 трехфазных тиристорных и двух трехфазных тиристорно-диодных мостов, включенных на его выходе, причем цепи электродвигателей соединены с выходами индивидуальных мостов, тиристорные группы которых являются рабочими ключами передачи.

5. Передача по п. 2, отличающаяся тем, что автономный источник регулируемого постоянного напряжения состоит из синхронного генератора с соединенными в звезду статорными обмотками, n 1 трехфазных тиристорных и одного трехфазного тиристорно-диодного мостов, включенных на его выходе, причем цепи электродвигателей соединены с выходами индивидуальных мостов, тиристорные группы которых являются рабочими ключами передачи, а между общим выводом реверсора n-го электродвигателя и тиристорной группы соответствующего моста и общим выводом звезды статорных обмоток синхронного генератора включен вспомогательный ключ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5