Устройство для регулирования частоты вращения тягового электродвигателя

 

Предлагаемое устройство относится к области тягового электропривода и может быть использовано на электротранспортных средствах с асинхронными тяговыми двигателями. Устройство позволяет повысить КПД за счет улучшения формы кривой выходного напряжения. Устройство содержит импульсные преобразователи, включенные в проводящем направлении между полюсами источника питания и переключателями фаз, состоящих из тиристоров. Образованный диодный мост, состоящий из диодов, включен между входами первых импульсов регуляторов и выходами вторых регуляторов. Между средней точкой источника питания и выходами первых регуляторов и входами вторых регуляторов включены последовательно соединенные ключевой управляемый элемент и тиристоры. Диагонали переключателей фаз, обратного диодного моста объединены и подключены к фазам асинхронного двигателя. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области электрического транспорта и может быть использовано для регулирования частоты вращения асинхронных тяговых электродвигателей (АТД) при питании их от сети постоянного напряжения.

Известно устройство для регулирования скорости вращения тягового электродвигателя, а.с. 985918, СССР, кл. H 02 P 7/42, заявленное 18.06.81, опубликованное 30.12.82, БИ N 48, содержащее два переключателя фаз и обратный диодный мост, связанные диагоналями с фазами тягового электродвигателя, четыре ключевых элемента, два из которых включены между положительным полюсом источника питания и анодными группами тиристоров, два - между катодными группами тиристоров переключателей фаз и отрицательным полюсом источника питания, конденсаторы и реакторы для выключения этих четырех элементов, каждый из которых шунтирован в обратном направлении диодами, две цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных реактора и тиристора, причем катоды тиристоров подключены к обкладкам коммутирующего конденсатора, а свободные зажимы реакторов - к анодной группе диодов обратного моста, подключенного в непроводящем направлении к источнику питания.

Недостатком данного устройства является невозможность улучшения формы кривой выходного напряжения. Известно также устройство для регулирования скорости тягового электродвигателя, а.с. 771841, СССР, кл. H 02 P 7/62, заявленное 13.07.79, опубликованное 15.10.80, БИ N 38, содержащее два переключателя фаз и обратный диодный мост, диагонали которых связаны с фазами асинхронного тягового электродвигателя, четыре тиристора, шунтированных в обратном направлении диодами, причем два тиристора включены в проводящем направлении между положительным полюсом источника и анодными группами тиристоров переключателей фаз, два - между катодными группами тиристоров переключателей фаз и минусовым полюсом источника питания, коммутационный узел, состоящий из однофазного тиристорного моста, в диагонали которого находятся последовательно соединенные конденсатор и реактор, включенного в проводящем направлении между положительным и отрицательным полюсами источника питания, четыре тиристора, два из которых катодами соединены с анодными группами тиристоров переключателей фаз, два - анодами с катодными группами переключателей фаз, свободные электроды этих тиристоров подключены к точке соединения двух последовательно соединенных тиристоров коммутационного моста. Недостаток данного устройства состоит в том, что параметры общего узла коммутации должны выбираться с учетом повышенной по отношению к выходной частоте переключения тиристоров и перезаряда коммутирующего конденсатора.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для регулирования скорости вращения тягового электродвигателя, а.с. 813654, СССР, кл. H 02 P 7/42, заявленное 22.06.79, опубликованное 15.03.81, БИ N 10 (прототип). Устройство содержит два переключателя фаз с анодными и катодными группами тиристоров, соединенные по трехфазной мостовой схеме, и обратный диодный мост, диагоналями связанные с фазами электродвигателя, источник питания, соединенный с обратным диодным мостом в непроводящем для него направлении, четыре импульсных регулятора, два из которых включены в проводящем направлении между плюсовым зажимом источника питания и анодными группами тиристоров переключателей фаз, два - между минусовым зажимом источника питания и катодными группами тиристоров переключателей фаз. В качестве импульсных регуляторов могут быть использованы преобразователи на основе полностью управляемых ключевых элементов или на однооперационных тиристорах с устройствами принудительной для них коммутации.

Недостатком устройства, принятого за прототип, является невозможность улучшить форму кривой выходного напряжения, что необходимо для уменьшения амплитуд высших гармонических составляющих.

В основу настоящего изобретения положена задача создания устройства для регулирования частоты вращения тягового электродвигателя, повышение КПД за счет приближающейся к синусоидальной форме выходного напряжения.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройство для регулирования частоты вращения тягового электродвигателя, содержащее два переключателя фаз с анодными и катодными группами тиристоров, соединенных по трехфазной мостовой схеме, и обратный диодный мост, диагоналями связанные с фазами электродвигателя, источник питания, соединенный с обратным диодным мостом в непроводящем для него направлении, четыре импульсных регулятора, два из которых включены в проводящем направлении между плюсовым зажимом источника питания и анодными группами тиристоров переключателей фаз, два - между минусовым зажимом источника питания и катодными группами тиристоров переключателей фаз, дополнительно введены четыре тиристора, два из которых катодами и два анодами подключены к анодным и катодным группам тиристоров переключателей фаз соответственно, два последовательно соединенных управляемых ключевых элемента, общая точка которых подключена к средней точке источника питания, а катод одного и анод другого элемента подключены к точкам соединения анодов и катодов дополнительных тиристоров соответственно.

Каждый управляемый ключевой элемент, отпираемый одновременно с одним из двух импульсных регуляторов и одним из двух дополнительных тиристоров и соответствующих тиристоров одного из переключателей фаз, формирует на фазах двигателя импульс напряжения с амплитудами в два раза меньшими, чем в устройстве, принятом за прототип.

Новым по сравнению с прототипом является подключение к выходам и входам импульсных регуляторов, катодов и анодов тиристоров соответственно и двух управляемых ключевых элементов, включенных между средней точкой источника питания и точками соединения анодов и катодов указанных тиристоров, поэтому данное техническое решение обладает новизной. Введение дополнительных тиристоров и управляемых ключевых элементов позволяет улучшить форму кривой выходного напряжения, повысить плавность регулирования тягового электродвигателя и снизить потери в нем.

Авторам не известно техническое решение с подобными отличительными признаками, что соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень".

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для регулирования частоты вращения тягового электродвигателя, которое содержит тиристоров 1, -6,7-12 и диоды 13-18, собранные в анодные и катодные группы переключателей фаз 19, 20 и обратного диодного моста 21, подключенного в непроводящем направлении к источнику питания 22. Между плюсовым и минусовым зажимами источника питания 22 и анодными и катодными группами тиристоров переключателей фаз 19, 20 включены в проводящем направлении импульсные регуляторы 23, 24 и 25, 26 соответственно. К выходам регуляторов 23, 24 подключены катоды тиристоров 27, 28, аноды которых соединены с катодом управляемого ключевого элемента 29, анодом соединенного со средней точкой источника питания 22. К входам регуляторов 25, 26 подключены аноды тиристоров 30, 31, катоды которых подключены к аноду управляемого ключевого элемента 32, катодом соединенного со средней точкой источника питания 22. К точкам соединения диагоналей переключателей фаз 19, 20 и диодного моста 21 подключены фазы тягового электродвигателя 33. Переключатели фаз 19, 20 предназначены для формирования кривой выходного напряжения. Обратный диодный мост 21 обеспечивает протекание реактивного и тормозного токов. Импульсные регуляторы 23-26 и управляемые ключевые элементы 29, 32 обеспечивают регулирование напряжения на зажимах тягового электродвигателя 33 и выключение тиристоров переключателей фаз 19, 20. Тиристоры 27, 28 и 30, 31, отпираемые поочередно и одновременно с управляемыми ключевыми элементами 29, 32 соответственно, предназначены для синхронизации работы импульсных регуляторов 23, 26, переключателей фаз 19, 20 и управляемых ключевых элементов 29, 32, в качестве которых могут быть использованы двухоперационные тиристоры или транзисторы.

Устройство работает следующим образом. Отпираются, например, регулятор 23, тиристоры 1, 2, 3, 31 и ключевой управляемый элемент 32. Ток протекает от плюса источника питания 22 через указанные элементы и фазы электродвигателя 33 к средней точке источника 22. К фазе, например, приложен импульс напряжения амплитудой U/6 (U-напряжение источника питания 22). Пауза в кривой выходного напряжения формируется при выключении элемента 32, что приводит к запиранию тиристоров 2, 31, после чего ток фаз через диод 17, регулятор 23 и тиристоры 2, 3 переключателя фаз 19. Для формирования импульса той же полярности выключается регулятор 23 и включаются управляемый элемент 29, тиристор 27, тиристоры 7, 8, 9 переключателя фаз 20, регулятор 26. Следующая пауза формируется при выключении управляемого элемента 29, тиристора 27 и тиристоров 7, 9 переключателя фаз 20.

Для изменения направления тока в фазах после выключения управляемого элемента 32 необходимо выключить регулятор 23 и включить регулятор 24, тиристоры 8, 9, 10 переключателя фаз 20, тиристор 30, управляемый элемент 32. К фазе B будет приложено напряжение U/3. Для увеличения амплитуды напряжения на нагрузке следует выключить элемент 32, импульсный регулятор 24, включить регуляторы 23, 25, тиристоры 2, 3, 4 переключателя фаз 19. Напряжение на фазе B двигателя 33 возрастет до величины 2/3 U. Затем фазы давления подключаются к средней точке источника питания 22 с помощью управляемых элементов 29 и 32, что приводит к снижению амплитуд импульсов напряжения до значений U/3 и U/6.

Предлагаемое устройство позволяет улучшить энергетические характеристики тягового электродвигателя, так как форма кривой выходного напряжения в большей степени приближается к синусоидальной из-за переключений тиристоров через тридцать электрических градусов, что совместно с независимостью выходного напряжения от характера нагрузки уменьшает пульсации электромагнитного момента, вызванные вращающимся и колебательными моментами, обусловленными высшими гармоническими составляющими в кривой выходного напряжения и их взаимодействием с основной гармоникой.

Формула изобретения

Устройство для регулирования частоты вращения тягового электродвигателя, содержащее два переключателя фаз с анодными и катодными группами тиристоров, включенных по трехфазной мостовой схеме, и обратный диодный мост, диагоналями связанные с фазами электродвигателя, источник питания, соединенный с обратным диодным мостом в непроводящем для него направлении, четыре импульсных регулятора, два из которых включены в проводящем направлении между плюсовым зажимом источника питания и анодными группами тиристоров переключателей фаз, два - между минусовым зажимом источника питания и катодными группами тиристоров переключателей фаз, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены четыре тиристора, два из которых катодами и два анодами подключены к анодным и катодным группам тиристоров переключателей фаз соответственно, два последовательно соединенных управляемых ключевых элемента, общая точка которых подключена к средней точке источника питания, а катод одного и анод другого элемента подключены к точкам соединения анодов и катодов дополнительных тиристоров соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к управляемым электроприводам переменного тока с преобразователями частоты

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования частоты вращения m-фазного электродвигателя переменного тока

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам и непосредственно касается асинхронных тяговых приводов локомотивов

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронных электроприводах общепромышленных механизмов, к которым предъявляются требования регулирования скорости

Изобретение относится к полупроводниковой преобразовательной технике и может быть использовано в тяговом асинхронном электроприводе с частотно-токовым управлением

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в асинхронных электроприводах различных механизмов

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования скорости бесколлекторных тяговых электродвигателей электротранспортных средств переменного тока, питаемых от сети постоянного тока

Изобретение относится к электроподвижному составу рельсового транспорта с питанием от контактной сети постоянного тока

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в частотно-регулируемых электроприводах (ЧРЭП) промышленности и электрического транспорта, особенно электрического железнодорожного

Изобретение относится к области горной промышленности и направлено на усовершенствование шахтных электровозов. Тяговый электропривод электровоза выполнен таким образом, что одна из ведущих осей получает вращение от асинхронного электродвигателя с фазным ротором, а другая ведущая ось получает вращение от асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, статорная обмотка которого подключена к роторной обмотке первого двигателя через согласующий трансформатор, коэффициент трансформации которого равен коэффициенту приведения обмотки статора к обмотке ротора первого двигателя. Технический результат заключается в выравнивании нагрузок на ведущих осях электровоза. 1 ил.

Изобретение относится к устройству преобразования энергии для силовой установки транспортного средства. Устройство содержит первый блок преобразования энергии, второй блок преобразования энергии, блок накопления энергии, первый блок управления. Первый блок преобразования энергии преобразует ввод напряжения из внешнего источника питания в требуемый постоянный ток. Второй блок преобразования энергии подключен к выходной стороне первого блока преобразования энергии и приводит в действие нагрузку. Блок накопления энергии подключен к выходной стороне первого блока преобразования энергии. Первый блок управления управляет первым блоком преобразования энергии. Первый блок управления включает в себя первый блок генерации команд управления электрическими величинами и блок управления током. Блок генерации команд управления электрическими величинами генерирует команду управления электрической величиной для регулирования электрического тока или электроэнергии блока накопления энергии. Блок управления током генерирует переключающий сигнал, так чтобы согласовывать электрический ток или электроэнергию, проходящую через первый блок преобразования энергии, с первой командой управления электрической величиной. Технический результат заключается в эффективном управлении потоком энергии между воздушным проводом, блоком инвертора и блоком накопления энергии. 24 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к устройству управления прекращением медленного передвижения для транспортного средства с электроприводом. Устройство содержит средство определения движения транспортного средства в противоположном направлении и средство запрещения прекращения медленного передвижения. Средство определения движения транспортного средства в противоположном направлении определяет движение транспортного средства в направлении, противоположном направлению движения выбранного диапазона переключения передач, в состоянии, в котором крутящий момент для медленного передвижения выводится без выполнения прекращения медленного передвижения. Средство запрещения прекращения медленного передвижения запрещает прекращение медленного передвижения, даже если скорость транспортного средства становится близкой к нулю, чтобы удовлетворять условию разрешения прекращения медленного передвижения после того, как средство определения движения транспортного средства в противоположном направлении определяет то, что транспортное средство движется в противоположном направлении. Технический результат заключается в эффективном управлении прекращением медленного передвижения транспортного средства с электроприводом. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области управления электрическим транспортным средством. Устройство управления двигательной установкой электрического транспортного средства, включающее в себя устройство накопления мощности; блок преобразования мощности, управляющий двунаправленным потоком мощности, и блок управления, управляющий работой блока преобразования мощности. При преобразовании мощности постоянного тока из устройства накопления мощности блок управления побуждает блок преобразования мощности работать в качестве инвертора. При преобразовании мощности постоянного тока от источника питания постоянного тока блок управления побуждает блок преобразования мощности работать в качестве понижающего или повышающего прерывателя. Достигается уменьшение габаритов устройства. 14 з.п. ф-лы, 44 ил.

Изобретение относится к электровозам и моторным вагонам. Электропоезд содержит головной и прицепной вагоны с 3-11 тяговыми электродвигателями постоянного или переменного тока, питаемыми от контактной сети. Каждый электродвигатель постоянного тока связан с сетью переменного тока через токосъемник, соединен с трансформатором, с тиристорными преобразователями, с обмоткой возбуждения, с соленоидом и с аккумуляторами. Каждый тяговый электродвигатель переменного тока связан с сетью переменного тока через токосъемник, соединен с трансформатором, с тиристорными преобразователями, с автономным инвертором напряжения (АИН), с системой управления АИН и с системой управления автономного выпрямителя напряжения (АВН). Система управления АИН в двигательном режиме работает в режиме инвертора, а в режиме торможения АИН переходит в выпрямительный режим. АВН в двигательном режиме работает в режиме выпрямителя, а в режиме торможения АВН переходит в режим инвертора. Обмотки статора каждого асинхронного электродвигателя соединены с отдельными 1-10 блоками конденсаторов большой емкости. Технический результат заключается в повышении энергосбережения и экологичности транспортного средства. 3 ил.

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано в тяговом приводе трамваев, троллейбусов, электровозов, электромобилей. Техническим результатом является повышение эффективности процесса преобразования частоты, расширение функциональных возможностей, области использования и уменьшение массогабаритных показателей частотного привода. Тяговый электропривод содержит входные зажимы A, B, C для подключения питающей сети постоянного тока, коммутирующие элементы и электродвигатель, включающий ротор, окруженный статором, содержащим трехфазные обмотки. Трехфазные обмотки выполнены с возможностью обеспечения совместно с соответствующими им коммутирующими элементами модулирования параметров электроэнергии постоянного тока питающей сети. Статор имеет три одинаково выполненных части, которые расположены последовательно вдоль короткозамкнутого ротора. Каждая из частей статора включает две трехфазные обмотки. В каждой из частей начальные выводы фазных обмоток одной трехфазной обмотки и концы фазных обмоток другой трехфазной обмотки подключены к соответствующим входным зажимам A, В и C, а другие выводы каждой из трехфазных обмоток подключены к соответствующему этой трехфазной обмотке коммутирующему элементу. Один из входных зажимов подключен к плюсовому выводу питающей сети, а два других - к минусовому выводу последней. Коммутирующий элемент выполнен в виде трехфазного диодного моста с электронным ключом в цепи постоянного тока. Фазные обмотки трехфазных обмоток одной части статора последовательно подключены соответственно к входным зажимам A, B, C, а фазные обмотки трехфазных обмоток других частей статора последовательно подключены соответственно к входным зажимам B, C, A и C, A, B. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство для регулирования частоты вращения тягового электродвигателя, вращение электродвигателя

Наверх