Автономный электропривод

 

Изобретение используется в транспортном машиностроении. В тяговом электроприводе, содержащем генератор переменного тока с двумя трехфазными якорными обмотками, два электродвигателя последовательного возбуждения с якорными обмотками и обмотками возбуждения, дополнительно введены силовые мостовые выпрямители, питаемые от якорных обмоток генератора, и две пары диодов. Силовые мостовые выпрямители соединены своими входными выводами с началами фаз соответствующих якорных обмоток генератора, второй силовой выпрямитель соединен своими входными выводами со вторым выводом якоря первого электродвигателя и с первым выводом якоря второго электродвигателя. Мостовые выпрямители соединены своими входными выводами с концами фаз соответствующих якорных обмоток генератора. Второй вывод обмотки возбуждения второго электродвигателя соединен со вторыми разноименными выводами пары управляемых выпрямителей, каждый из вторых выводов тормозных резисторов соединен с первыми одноименными выводами диодов соответствующей группы, соединенных своими вторыми одноименными выводами с концами фаз соответствующей группы, соединенных своими вторыми одноименными выводами с концами фаз соответствующей якорной обмотки генератора. В качестве вентилей силовых выпрямителей применены диоды, которые соединены с диодами указанных групп разноименными выводами. Технический результат: повышение надежности и качества управления режима движения транспортного средства. 1 ил.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано в тяговых электроприводах автономных транспортных средств.

Известно устройство для управления тяговым электроприводом колесных и гусеничных машин /1/, содержащее два тяговых электродвигателя независимого возбуждения, якори которых соединены последовательно и подключены к регулируемому источнику питания, а обмотки возбуждения, соединенные также последовательно, подключены к реверсивному управляемому выпрямителю, питаемому от возбудителя. В этом устройстве регулирование скорости движения транспортного средства производится регулированием напряжения источника питания, а изменение направления движения - изменением тяговых усилий, реализуемых каждым из движителей разных бортов, как по величине, так и по направлению. Основные достоинства этого устройства заключаются в его широких регулировочных возможностях, достигаемых при минимальном количестве контактных аппаратов, а недостатки - в необходимости специального возбудителя для питания обмоток возбуждения электродвигателей и в усложнении системы автоматического регулирования, определяемом условиями ее работы при жестких характеристиках электродвигателей независимого возбуждения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому представляется автономный тяговый электропривод /2/, содержащий два электродвигателя последовательного возбуждения, якори которых соединены в одну последовательную цепь с мостовыми выпрямителями, питаемыми от одной из двух многофазных якорных обмоток генератора переменного тока, являющуюся при этом диагональю электрического моста, образованного двумя управляемыми мостовыми выпрямителями, питаемыми от другой якорной обмотки генератора, и двумя вентилями. Во вторую диагональ моста при этом включены последовательно соединенные обмотки возбуждения электродвигателей. В этом электроприводе обеспечиваются бесконтактное изменение направления движения транспортного средства, переход из тягового режима в тормозной и обратно, работа в режиме ослабления магнитного потока электродвигателей с плавным изменением отношения величины тока в цепи обмоток возбуждения электродвигателей к величине тока в цепи их якорей. Достоинства этого электропривода в сравнении с вышерассмотренным определяются применением электродвигателей последовательного возбуждения, не требующих дополнительных источников для питания их обмоток возбуждения и имеющих более мягкие характеристики. Однако в этом электроприводе необходимо большое количество тиристоров, причем один из них (установленный в одном из плеч моста) должен быть рассчитан на тройную по отношению к остальным токовую нагрузку. Кроме того, в некоторых режимах движения (торможение при движении назад, торможение на низких скоростях) напряжения между точками силовой цепи электропривода существенно отличны от напряжений между ними в тяговом режиме. Это усложняет защиту электропривода от недопустимых режимов работы и понижает его надежность.

Техническим результатом заявляемого автономного электропривода является устранение указанных недостатков прототипа. Это достигается тем, что в электропривод, содержащий два тяговых электродвигателя последовательного возбуждения, два последовательно соединенных мостовых выпрямителя, подключенных входными выводами к концам фаз одной из двух многофазных якорных обмоток генератора переменного тока и соединенных первыми разноименными выводами с первым выводом обмотки возбуждения первого электродвигателя, соединенной своим вторым выводом с первым выводом обмотки возбуждения второго электродвигателя, третий мостовой выпрямитель, подключенный входными выводами к началам фаз второй якорной обмотки генератора и соединенный выходными выводами соответственно с первым выводом якоря первого электродвигателя и со вторым выводом якоря второго электродвигателя, и два тормозных резистора, каждый из которых первым выводом соединен с первым выводом якоря соответствующего электродвигателя, введены дополнительный мостовой выпрямитель и две группы диодов. При этом дополнительный мостовой выпрямитель соединен входными выводами с началами фаз первой якорной обмотки генератора, выходными выводами соответственно со вторым выводом якоря первого электродвигателя и с первым выводом якоря второго электродвигателя, а каждый из вторых выводов тормозных резисторов соединен с первыми одноименными выводами диода соответствующей группы, соединенных при этом своими вторыми одноименными выводами с началами фаз соответствующей якорной обмотки генератора. Указанным соединением элементов электропривода обеспечивается реализация требуемых режимов его работы без необходимости установки дополнительного (в сравнении с прототипом) тиристора, рассчитанного на тройную токовую нагрузку. При этом распределение напряжений между точками силовой цепи в тормозном режиме идентично их распределению в тяговом режиме, что способствует упрощению устройств защиты электропривода от недопустимых режимов и тем самым повышению его надежности.

Силовая схема предлагаемого электропривода представлена на чертеже.

Тяговый электропривод содержит генератор переменного тока с двумя трехфазными якорными обмотками 1, 2, два электродвигателя последовательного возбуждения с якорными обмотками 3, 4 и обмотками 5, 6 возбуждения, три мостовых выпрямителя 7, 8, 9, дополнительный мостовой выпрямитель 10, два тормозных резистора 11, 12 и две группы диодов 13, 14.

Электропривод работает следующим образом. При движении вперед на тиристоры катодных групп выпрямителей 9, 10, а также на тиристоры выпрямителя 7 подаются управляющие импульсы с нулевыми углами управления. При таких условиях появление тока в обмотке возбуждения генератора (на схеме не показана) и соответственно напряжения на его якорных обмотках 1, 2 вызывает появление тока в контуре 1-7-5-7-1-10-9-2-9-3-7-1. Тяговые электродвигатели при этом работают в тяговом режиме, токи в их якорях 3, 4 равны токам в обмотках 5, 6 возбуждения. Регулирование скорости транспортного средства в этом режиме осуществляется регулированием напряжения якорных обмоток 1, 2 генератора посредством изменения тока в его обмотке возбуждения. При достижении ограничения по величине максимально допустимого напряжения генератора расширение скоростного диапазона регулирования электропривода может быть осуществлено применением ослабления магнитного возбуждения электродвигателей посредством включения в работу тиристоров катодной группы выпрямителя 8. При этом уменьшение угла регулирования этих тиристоров приводит к уменьшению токов в обмотках 5, 6 возбуждения электродвигателей.

Для перевода электропривода в тормозной режим следует отключить ток возбуждения генератора, снять управляющие импульсы с тиристоров катодных групп выпрямителей 9, 10 и с тиристоров выпрямителя 7, подать управляющие импульсы с нулевыми углами управления на тиристоры выпрямителей 8 и включить ток возбуждения генератора. При этом наличие напряжения на обмотках 1, 2 генератора обеспечивает появление тока в цепи якорей 3, 4 электродвигателей и тормозных резисторов 11, 12, который замыкается по контуру 1-8-5-6-8-1-13-11-4-8-2-14-12-3-10-1. Появление токов в обмотках 5, 6 возбуждения электродвигателей и соответственно их магнитных потоков, направления которых встречны их направлениям в тяговом режиме, обусловливает переход электродвигателей в тормозной режим. В якорях 3, 4 электродвигателей при этом возникают ЭДС, направления которых соответствуют направлению включения выпрямительных мостов, образованных анодными группами диодов выпрямителей 9, 10 и катодными группами диодов 13, 14.

В тормозном режиме в зависимости от скорости движения возможны два режима работы электродвигателя. При высоких скоростях значения тока в обмотках 5, 6 возбуждения электродвигателей меньше значений токов в их якорных обмотках 3, 4. Величина тока возбуждения генератора при этом такова, что ЭДС якорных обмоток 1, 2 недостаточны для обеспечения полной коммутации тока якорей 3, 4 на группах диодов 13, 14 и катодных группах диодов выпрямителей 9, 10. Вследствие этого выпрямители, образованные указанными группами диодов, работают в режиме короткого замыкания. В обмотках 1, 2 генератора при этом протекают токи, суммарное значение которых на выходе выпрямителя 8 равно току в обмотках 5, 6 возбуждения электродвигателей. Ток якорей 3, 4 электродвигателей при этом определяется наводимыми в них ЭДС и сопротивлением контура: 3 - катодная группа диодов выпрямителя 10 - 13 - 11 - 4 - катодная группа диодов выпрямителя 9 - 12 - 3.

При уменьшении скорости движения и поддержании системой регулирования постоянного значения тока в якорях 3, 4 электродвигателей токи в их обмотках 5, 6 возбуждения увеличиваются, соответственно увеличивается и ток возбуждения генератора. При равенстве значений токов в якорях 3, 4 электродвигателей значениям токов в их обмотках 5, 6 возбуждения указанные выпрямители выходят из режима короткого замыкания. В таком режиме работы электропривода ток в цепях якорных обмоток 3, 4 электродвигателей и тормозных резисторов 11, 12 определяется суммой ЭДС якорных обмоток 3, 4 электродвигателей и ЭДС якорных обмоток 1, 2 генератора, а токи в обмотках 5, 6 возбуждения электродвигателей равны току в их якорных обмотках 3, 4. Это способствует повышению тормозных свойств электропривода при движении на низких скоростях вплоть до полной остановки транспортного средства.

Работа предлагаемого электропривода при движении назад аналогична его работе при движении вперед? с той лишь разницей, что функции, выполняемые при движении вперед выпрямителями 9, 11, при движении назад выполняют выпрямители 10, 12 и наоборот.

Источники информации, принятые во внимание 1. Авторское свидетельство СССР N 1800767, кл. B 60 L 11/06.

2. Патент SU N 2053143, кл. B 60 L 11/06, 1996 г.

Формула изобретения

Автономный электропривод, содержащий два тяговых электродвигателя последовательного возбуждения, два последовательно соединенных мостовых выпрямителя, подключенных входными выводами к концам фаз одной из двух многофазных якорных обмоток генератора переменного тока и соединенных первыми разноименными выводами с первым выводом обмотки возбуждения первого электродвигателя, соединенной вторым выводом с первым выводом обмотки возбуждения второго электродвигателя, третий мостовой выпрямитель, подключенный входными выводами к началам фаз другой из упомянутых якорных обмоток генератора переменного тока и соединенный выходными выводами соответственно с первым выводом якоря первого электродвигателя и со вторым выводом якоря второго электродвигателя, и два тормозных резистора, каждый из которых первым выводом соединен с первым выводом якоря соответствующего электродвигателя, отличающийся тем, что в него введены дополнительный мостовой выпрямитель, соединенный входными выводами с началами фаз первой из упомянутых якорных обмоток генератора переменного тока, а выходными выводами соответственно со вторым выводом якоря первого электродвигателя и первым выводом якоря второго электродвигателя, и две группы диодов, причем второй вывод обмотки возбуждения второго электродвигателя соединен со вторыми разноименными выводами первых двух мостовых выпрямителей, каждый из вторых выводов тормозных резисторов соединен с одноименными выводами диодов соответствующей группы, соединенных вторыми одноименными выводами с началами фаз соответствующей якорной обмотки генератора переменного тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1