Тяговый электропривод транспортного средства с питанием от контактной сети постоянного тока

 

Изобретение относится к электрическому подвижному составу, получающему питание от контактной сети постоянного тока. Тяговый электропривод содержит несколько групп тяговых двигателей, импульсных преобразователей постоянного напряжения, линейные контакторы и входной LС-фильтр. Предложено использовать дополнительные цепи, состоящие из последовательно соединенных контактора и диода, и включать их между группами тяговых двигателей для обеспечения бесступенчатого перехода с одного соединения тяговых двигателей на другое, а также дополнительные режимные контакторы для изменения режима работы привода - тяга или электрическое рекуперативное торможение. Технический результат заключается в повышении тяговых свойств электропривода и снижении потребления энергии. 1 ил.

Изобретение относится к транспорту, в частности к тяговым электроприводам транспортных средств с питанием от контактной сети постоянного тока.

Известен тяговый электропривод, содержащий несколько групп тяговых двигателей, импульсных преобразователей постоянного напряжения, линейных контакторов и входной LC-фильтр [1].

Недостаток известного электропривода связан с наличием только одной схемы соединения групп тяговых двигателей, что приводит к дополнительным потерям электрической энергии в преобразователях при регулировании напряжения натяговых двигателей.

Этот недостаток частично устранен в тяговом электроприводе, содержащем несколько групп тяговых двигателей постоянного тока, импульсных преобразователей постоянного напряжения и линейных контакторов, причем каждая группа содержит два тяговых двигателя, соединенных последовательно, импульсный преобразователь постоянного напряжения, который имеет первый и второй импульсные прерыватели, каждый из которых состоит из полупроводникового ключа, нулевого диода и конденсатора, подключенного параллельно цепи, образованной последовательным соединением указанного ключа и нулевого диода, при этом общая точка соединения ключа и нулевого диода образует выходной зажим импульсного прерывателя, а точки соединения с конденсатором - входные зажимы соответствующего прерывателя - "плюсовой" и "минусовой", пару линейных контакторов, первый из которых включен между выходным зажимом первого прерывателя и первым зажимом цепи, состоящей из двух соединенных последовательно тяговых двигателей, а второй - между выходным зажимом второго прерывателя и вторым зажимом указанной цепи тяговых двигателей, и входной сглаживающий реактор, через который импульсные преобразователи постоянного напряжения, соединенные одноименными входными зажимами первых и вторых импульсных прерывателей, подключены к источнику питания [2].

Недостатком известного электропривода является необходимость отключения части двигателей при переходе с одного соединения двигателей на другое, а также отсутствие режима электрического рекуперативного торможения, что ухудшает тяговые свойства и снижает энергетические показатели тягового привода.

Целью изобретения является повышение тяговых свойств и снижение потребления энергии тяговым приводом.

Технический результат в предложенном электроприводе достигается за счет того, что он снабжен дополнительными цепочками из соединенных последовательно диода и контактора по числу групп тяговых двигателей, причем каждая из указанных цепочек включена между вторым зажимом цепи, состоящей из двух соединенных последовательно тяговых двигателей одной группы, и первым зажимом аналогичной цепи тяговых двигателей другой группы, и тремя парами режимных контакторов, из которых одна пара контакторов включена между разноименными входными зажимами первых и вторых импульсных прерывателей, вторая пара - между минусовым выводом источника питания и "минусовыми" входными зажимами первых и вторых импульсных прерывателей, а третья пара - между "плюсовыми" входными зажимами первых и вторых импульсных прерывателей и одним выводом сглаживающего реактора, второй вывод которого соединен с плюсовым выводом источника питания.

Существенные отличительные признаки предложения: - включение дополнительных цепочек из соединенных последовательно диода и контактора между двигателями разных групп; - включение режимных контакторов между входными зажимами импульсных прерывателей, между минусовым выводом источника питания и "минусовыми" входными зажимами импульсных прерывателей и между "плюсовыми" входными зажимами импульсных прерывателей и выводом сглаживающего реактора.

Сущность предложения иллюстрируется на конкретном примере его исполнения, показанном на чертеже, где изображена принципиальная схема тягового электропривода транспортного средства постоянного тока.

Тяговый электропривод (чертеж) состоит из нескольких (например, четырех) групп 1, 2, 3, 4 тяговых двигателей постоянного тока, импульсных преобразователей постоянного напряжения и линейных контакторов. В каждой группе тяговые двигатели соединены по два последовательно: в первой - тяговые двигатели 5, 6, во второй - 7, 8, в третьей - 9, 10, в четвертой - 11, 12. Импульсные преобразователи постоянного напряжения 13, 14, 15 и 16 имеют соответственно первые 17, 18, 19 и 20 и вторые 21, 22, 23 и 24 импульсные прерыватели.

Первый импульсный прерыватель 17 содержит полупроводниковый ключ 25, нулевой диод 26 и конденсатор 27, подключенный параллельно цепи из соединенных последовательно полупроводникового ключа 25 и диода 26. Общая точка соединения полупроводникового ключа 25 и нулевого диода 26 образует выходной зажим, точка соединения конденсатора 27 и полупроводникового ключа 25 - входной "плюсовой", а точка соединения конденсатора 27 и нулевого диода 26 - входной "минусовой" зажимы первого импульсного прерывателя 17.

Второй импульсный прерыватель 21 содержит полупроводниковый ключ 28, нулевой диод 29 и конденсатор 30, подключенный параллельно цепи из последовательно соединенных ключа 28 и диода 29. Общая точка соединения ключа 28 и диода 29 образует выходной зажим, точка соединения конденсатора 30 и диода 29 - входной "плюсовой", а точка соединения конденсатора 30 и ключа 28 - входной "минусовой" зажимы второго импульсного прерывателя 21.

Аналогичным образом выполнены первые 18, 19 и 20 и вторые 22,23 и 24 импульсные прерыватели.

Первый линейный контактор 31 включен между выходным зажимом прерывателя 17 и первым зажимом цепи из соединенных последовательно тяговых двигателей 5, 6, а второй линейный контактор 32 - между выходным зажимом прерывателя 21 и вторым зажимом указанной цепи тяговых двигателей 5, 6.

Подобным образом включены первые 33, 34, 35 и вторые 36, 37, 38 линейные контакторы между выходными зажимами первых - 18, 19, 20 и вторых - 22, 23, 24 прерывателей и соответствующими первыми и вторыми зажимами цепей тяговых двигателей 7, 8; 9, 10 и 11, 12.

Дополнительные цепочки из последовательно соединенных диода и контактора включены: первая - диод 39 и контактор 40 - между вторым зажимом цепи тяговых двигателей 5, 6 и первым зажимом цепи двигателей 7, 8; вторая - диод 41 и контактор 42 - между вторым зажимом цепи двигателей 7, 8 и первым зажимом цепи двигателей 9, 10; третья - диод 43 и контактор 44 - между вторым зажимом цепи тяговых двигателей 9, 10 и первым зажимом цепи двигателей 11, 12 и четвертая - диод 45 и контактор 46 - между вторым зажимом цепи тяговых двигателей 11, 12 и первым зажимом цепи двигателей 5, 6. Между разноименными входными зажимами первых и вторых импульсных прерывателей включены режимные контакторы: 47 - между "плюсовыми" зажимами первых и "минусовыми" зажимами вторых импульсных прерывателей и 48 - между "минусовыми" зажимами первых и "плюсовыми" зажимами вторых импульсных прерывателей. Между минусовым выводом источника питания и "минусовыми" зажимами первых и вторых импульсных прерывателей включены режимные контакторы 49 и 50 соответственно. Между выводом сглаживающего реактора 51 и "плюсовыми" зажимами первых и вторых импульсных прерывателей включены режимные контакторы 52 и 53 соответственно. Другой вывод сглаживающего реактора 51 соединен с плюсовым выводом источника питания.

Устройство позволяет работать тяговому электроприводу в режимах тяги и электрического рекуперативного торможения при различных схемах соединения тяговых двигателей.

В зависимости от скорости движения тяговые двигатели могут быть соединены: все двигатели последовательно - соединение "С"; две группы по четыре двигателя последовательно - соединение "СП"; четыре группы по два двигателя последовательно - соединение "П".

В режиме тяги режимные контакторы 48, 50 и 52 замкнуты, а режимные контакторы 47, 49 и 53 разомкнуты. Напряжение источника питания через реактор 51 подается на конденсаторы 27 и 30 и заряжает их до напряжения, равного половине напряжения источника питания. При этом реактор 51 и конденсаторы 27, 30 образуют входной LC-фильтр.

Соединение "С". Контакторы 40, 42 и 44 замкнуты и все двигатели соединены последовательно. Замыкают линейные контакторы 31 и 38 и при поочередном включении и выключении импульсных прерывателей 17 и 24 регулируют напряжение на группе из восьми двигателей от нуля до полного напряжения источника питания путем изменения ширины импульсов на выходе каждого прерывателя.

Соединение "СП". Импульсные прерыватели 17 и 38 постоянно включены. Замыкают линейные контакторы 34 и 36 и при поочередном включении и выключении импульсных прерывателей 19 и 22 регулируют напряжение на двух группах тяговых двигателей: одна - 5, 6, 7, 8 и вторая - 9, 10, 11, 12 от половинного напряжения источника питания до полного путем изменения ширины импульсов на выходе прерывателей 19 и 22. Контактор 42 размыкают. Выключение контактора 42 происходит без разрыва тока, что позволяет выполнять его без дугогасительного устройства.

Соединение "П". Импульсные прерыватели 17, 22, 19 и 24 постоянно включены. Замыкают линейные контакторы 32, 33, 37 и 35 и при поочередном включении и выключении импульсных прерывателей 18, 21 и 20, 23 регулируют напряжение на четырех группах тяговых двигателей: одна - 5, 6; вторая - 7, 8; третья - 9, 10 и четвертая - 11, 12 от половинного напряжения источника питания до полного путем изменения ширины импульсов на выходе прерывателей 18, 21, 20, 23. Контакторы 40 и 44 размыкают аналогично тому, как контактор 42 при переходе с соединения "СП" на соединение "П".

Таким образом регулируют напряжение на тяговых двигателях в процессе пуска от минимального до максимального.

Регулирование напряжения в сторону уменьшения производится в обратном порядке.

В режиме рекуперативного торможения режимные контакторы 47, 49 и 53 замкнуты, а режимные контакторы 48, 50 и 52 разомкнуты. Напряжение источника питания через реактор 51 подается на конденсаторы 30 и 27 и заряжает их до напряжения, равного половине напряжения источника питания. При этом, как и в режиме тяги, реактор 51 и конденсаторы 30 и 27 образуют входной LC-фильтр.

Соединение "П". Линейные контакторы 31, 32, 33, 36, 34, 37 и 35, 38 замкнуты, а контакторы 40, 42, 44 и 46 разомкнуты. Четыре группы двигателей 5, 6; 7, 8; 9, 10 и 11, 12 работают в режиме генераторов постоянного тока с последовательным возбуждением и импульсным регулированием. Например, для первой группы тяговых двигателей 5, 6 при включенных полупроводниковых ключах 25 и 28 цепь тяговых двигателей оказывается замкнутой и их ток возрастает. При выключении одного или двух ключей 25 и 28 ток двигателей, замыкаясь через нулевые диоды 26 и 29, протекает через конденсаторы 27 и 30, и происходит передача электрической энергии от тяговых двигателей к источнику питания. Периодически включая и выключая полупроводниковые ключи 25 и 28, регулируют силу тока и тормозной момент тяговых двигателей. Аналогичным образом регулируют ток и напряжение на группах двигателей 7, 8; 9, 10 и 11, 12.

Соединение "СП". Линейные контакторы 31, 36 и 34, 38 замкнуты. Замкнуты групповые контакторы 40 и 44. Две группы по четыре последовательно соединенных тяговых двигателей 5, 6, 7, 8 и 9, 10, 11, 12 работают в режиме генераторов постоянного тока последовательного возбуждения с импульсным регулированием. Регулирование тока тяговых двигателей осуществляют периодическим включением и выключением импульсных прерывателей 17, 22 для группы тяговых двигателей 5, 6, 7, 8 и прерывателей 19, 24 для группы двигателей 9, 10, 11, 12.

Соединение "С". Линейные контакторы 31, 38 и групповые контакторы 40, 42 и 44 замкнуты. Четыре группы тяговых двигателей 5, 6; 7, 8; 9, 10 и 11, 12 соединены последовательно, работают в режиме генераторов постоянного тока последовательного возбуждения с импульсным регулированием. Изменение силы тока и тормозного момента тяговых двигателей осуществляется периодическим включением и выключением импульсных прерывателей 17, 24.

Технико-экономическая эффективность предложения определяется тем, что при его использовании пуск тягового электропривода осуществляется без снижения силы тяги при переходе с одного соединения на другое минимально возможным числом работающих импульсных преобразователей и, как следствие, снижаются на 30% потери мощности в преобразователях.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.

1. Гаврилов Я. И. , Мнацаканов В.А. Вагоны метрополитена с импульсными преобразователями. - М., Транспорт, 1986,- 229с. (с.127, с.160).

2. Лещев А. И. Улучшение технико-экономических показателей электровоза ЧС2 при проведении капитально-восстановительного ремонта. // Изв. ВУЗов. Электромеханика, 2000, 3, с.49-56.3

Формула изобретения

Тяговый электропривод транспортного средства постоянного тока, содержащий несколько групп тяговых двигателей постоянного тока, импульсных преобразователей постоянного напряжения и линейных контакторов, причем каждая группа содержит два тяговых двигателя, соединенных последовательно, импульсный преобразователь постоянного напряжения, который имеет первый и второй импульсные прерыватели, каждый из которых состоит из полупроводникового ключа, нулевого диода и конденсатора, подключенного параллельно цепи, образованной последовательным соединением указанного ключа и нулевого диода, при этом общая точка соединения ключа и нулевого диода образует выходной зажим импульсного прерывателя, а точки соединения с конденсатором - входные зажимы, соответствующего прерывателя - “плюсовой” и “минусовой”, пару линейных контакторов, первый из которых включен между выходным зажимом первого прерывателя и первым зажимом цепи, состоящей из двух соединенных последовательно тяговых двигателей, а второй - между выходным зажимом второго прерывателя и вторым зажимом указанной цепи тяговых двигателей, и входной сглаживающий реактор, через который импульсные преобразователи постоянного напряжения, соединенные одноименными входными зажимами первых и вторых импульсных прерывателей, подключены к источнику питания, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными цепочками из соединенных последовательно диода и контактора по числу групп тяговых двигателей, причем каждая из указанных цепочек включена между вторым зажимом цепи, состоящей из двух соединенных последовательно тяговых двигателей одной группы, и первым зажимом аналогичной цепи тяговых двигателей другой группы, и тремя парами режимных контакторов, из которых одна пара контакторов включена между разноименными входными зажимами первых и вторых импульсных прерывателей, вторая пара - между минусовым выводом источника питания и “минусовыми” входными зажимами первых и вторых импульсных прерывателей, а третья пара - между “плюсовыми” входными зажимами первых и вторых импульсных прерывателей и одним выводом сглаживающего реактора, второй вывод которого соединен с плюсовым выводом источника питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1