Электрическая передача мощности тягового транспортного средства
Владельцы патента RU 2247039:
Российский государственный открытый технический университет путей сообщения Министерства путей сообщения Российской Федерации (РГОТУПС) (RU)
Изобретение относится к области транспорта и касается устройства электрической передачи мощности тягового транспортного средства. Электрическая передача мощности содержит синхронный генератор, приводимый от теплового двигателя, блок возбуждения тягового синхронного генератора, асинхронные тяговые электродвигатели и блок управления электрической передачей мощности. Статорные обмотки тягового синхронного генератора подключены к статорным обмоткам асинхронных тяговых электродвигателей. Роторные обмотки каждого асинхронного тягового электродвигателя соединены с индивидуальными выпрямительными мостами. Со стороны выпрямленного напряжения мосты включены параллельно и соединены с обмоткой якоря регулирующей машины постоянного тока, вал которой соединен с валами теплового двигателя и тягового синхронного генератора. Валы асинхронных тяговых электродвигателей соединены с осями движущих колес. Блок управления электрической передачей мощности подключен к тепловому двигателю, блоку возбуждения тягового синхронного генератора и блоку возбуждения регулирующей машины постоянного тока. В электрической передаче мощности тягового транспортного средства вместо одной регулировочной машины постоянного тока могут быть применены две электрические машины. В цепи якорных обмоток этих электрических машин включаются переключатели их последовательного или параллельного соединения, соединенные с блоком управления ими, подключенным к блоку управления электрической передачей мощности. Обмотки роторов могут быть соединены последовательно, а параллельно им подключен выпрямитель, выход которого соединен с якорной обмоткой регулирующей машины постоянного тока (или двух электрических машин). Технический результат заключается в увеличении диапазона регулирования частоты вращения валов асинхронных тяговых электродвигателей и уменьшении установочной мощности и габаритных размеров регулирующей машины. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Предполагаемое изобретение относится к электрооборудованию тягового транспортного электроподвижного состава, т.е. таких транспортных средств, как тепловозы, дизель-поезда, автомобили и т.д., у которых передачи мощности с вала теплового двигателя (ТД) к осям движущих колес выполнены на переменном токе с непосредственным подключением асинхронных тяговых двигателей (АТД) к тяговому синхронному генератору без промежуточных преобразователей и устройств. Известны электрические передачи мощности переменного тока, не содержащие промежуточных преобразователей между тяговым синхронным генератором и асинхронными тяговыми двигателями, скорость которых изменяется ступенями при изменении числа пар полюсов 2р электрических машин [1, 2]. Эти электрические передачи мощности переменного тока имеют сложную многоприводную систему, что усложняет передачу, снижает ее надежность и ухудшает тяговые свойства тягового транспортного средства. Известна также электрическая передача мощности переменного тока, содержащая тяговый синхронный генератор с несколькими m-фазными обмотками статора, приводимый во вращение тепловым двигателем, и асинхронные тяговые двигатели, подключенные к тяговому синхронному генератору [3]. Скорость вращения валов асинхронных тяговых двигателей ωАТД изменяется путем изменения скорости вращения вала теплового двигателя ωТД и изменения числа пар полюсов тягового синхронного генератора. Известна электрическая передача мощности, содержащая тяговый синхронный генератор с несколькими m-фазными обмотками статора, приводимый во вращение от теплового двигателя, а асинхронные тяговые двигатели, подключенные к тяговому синхронному генератору, у которого соседние обмотки статора взаимно смещены по окружности его расточки [4].
Недостатком указанных электрических передач мощности является то, что скоростной диапазон не может быть широким, т.к. число переключений полюсов не превосходит 1-2 из-за чрезмерного возрастания веса коммутационной аппаратуры и самих электрических машин. Переключение полюсов электрических машин связано с коммутацией силовой цепи статора тягового синхронного генератора, передающей мощность Р от тягового синхронного генератора к асинхронным тяговым двигателям, что приводит к исчезновению или значительному уменьшению силы тяги тягового транспортного средства в процессе переключения, к броскам тока и вращающего момента в начале и конце такого переключения и к ухудшению тяговых свойств тягового транспортного средства, снижению надежности и экономичности электрической передачи мощности.
На фиг.1 представлена принципиальная схема электрической передачи мощности тягового транспортного средства.
На фиг.2 показаны механические характеристики тяговых электродвигателей при разных токах возбуждения регулирующей машины постоянного тока.
На фиг.3 - схема передачи с двумя регулирующими машинами постоянного тока.
На фиг.4 - схема передачи с последовательным соединением обмоток роторов тяговых электродвигателей с одной регулирующей машиной постоянного тока.
На фиг.5 - схема передачи мощности с последовательным соединением обмоток роторов с двумя регулирующими машинами постоянного тока.
Предлагаемая электрическая передача мощности тягового транспортного средства содержит следующие элементы (см. принципиальную блок-схему электрической передачи мощности на фиг.1): тяговый синхронный генератор 1, обмотка возбуждения которого подключена к блоку возбуждения 2, вал его соединен с валом теплового двигателя 3 и с валом регулирующей машины постоянного тока 4, обмотка возбуждения которой подключена ко второму блоку возбуждения 5. Статорная обмотка тягового синхронного генератора подключена к статорным обмоткам асинхронных тяговых электродвигателей 6 с фазными роторами. Роторные обмотки асинхронных тяговых электродвигателей соединены с индивидуальными выпрямительными мостами 7 и 8. Со стороны выпрямленного напряжения мосты включены параллельно и соединены с обмоткой якоря регулирующей машины постоянного тока. Валы асинхронных тяговых электродвигателей соединены с осями движущих колес 9. Электрическая передача мощности содержит также блок управления 10, подключенный к тепловому двигателю и блокам возбуждения 2 и 5.
Электрическая передача мощности работает следующим образом.
Регулирование частоты вращения валов асинхронных тяговых электродвигателей производится изменением тока возбуждения регулирующей машины постоянного тока, ЭДС которой изменяется только в зависимости от ее тока возбуждения, так как вал регулирующей машины постоянного тока вращается с постоянной частотой, определяемой частотой вращения валов теплового двигателя и тягового синхронного генератора.
Пуск (разгон) тягового транспортного средства осуществляется следующим образом. Вначале включаются тепловой двигатель и тяговый синхронный генератор и при постоянной частоте вращения их валов напряжение регулирующей машины постоянного тока повышается до значения, соответствующего напряжению на выход индивидуальных выпрямительных мостов 7 и 8 при подаче напряжения от тягового синхронного генератора на статорные обмотки асинхронных тяговых электродвигателей и при неподвижных их роторах. После чего включается цепь выпрямителей 7 и 8 и постепенным уменьшением тока возбуждения регулирующей машины постоянного тока происходит разгон тягового транспортного средства, так как при уменьшении тока возбуждения регулирующей машины постоянного тока уменьшается ее ЭДС и увеличиваются ток в роторных обмотках и вращающие моменты асинхронных тяговых электродвигателей (см. статические механические характеристики асинхронных тяговых электродвигателей на фиг.2 при разных токах (линии 1-4) возбуждения регулирующей машины постоянного тока; линия 5 - естественная характеристика при замкнутых накоротко обмотках ротора. В такой электрической передаче мощности диапазон регулирования частоты вращения валов асинхронных тяговых электродвигателей составляет примерно 5:1.
С целью увеличения диапазона регулирования частоты вращения валов асинхронных тяговых электродвигателей до 10:1 и уменьшения установочной мощности и габаритных размеров регулирующей машины постоянного тока предлагается вместо одной регулирующей машины постоянного тока применять две машины 4 и 11, которые могут быть выполнены на частоту вращения большую, чем у одной машины, что особенно важно в электрических передачах мощности тяговых транспортных средств, содержащих высокооборотные дизельные или газотурбинные тепловые двигатели (см. принципиальную блок-схему электрической передачи мощности на фиг.3). Обмотки возбуждения этих машин с помощью блоков возбуждения 5 и 12 подключены к блоку управления электрической передачей мощности 10, а якорные обмотки электрических машин 4 и 11 при небольших частотах вращения валов асинхронных тяговых электродвигателей 6 (в первой половине диапазона изменения частоты вращения) соединяются последовательно посредством открытия тиристорного ключа 13 при закрытых тиристорных ключах 14 и 15. При больших частотах вращения валов асинхронных тяговых электродвигателей (во второй половине диапазона изменения частоты вращения) якорные обмотки электрических машин 4 и 11 соединяются параллельно посредством открытия ключей 14 и 15 и закрытия ключа 13.
С целью обеспечения синхронизации частот вращения валов двух (или нескольких асинхронных тяговых электродвигателей в электрической передаче мощности обмотки их роторов соединяются последовательно, а параллельно им подключен выпрямитель 8, выход которого соединен с якорной обмоткой одной (или двух) регулирующей машины постоянного тока (см. принципиальные блок-схемы электрических передач мощности на фиг.4 и 5). Одновременное регулирование частоты вращения валов асинхронных тяговых электродвигателей осуществляется изменением тока возбуждения регулирующей машины постоянного тока 4 (или электрических машин 4 и 11) вниз от синхронной частоты вращения. Особенностью такого варианта электрической передачи мощности является возможность поддержания одинаковой частоты вращения валов асинхронных тяговых электродвигателей при разных моментах сопротивления на этих валах, что значительно повышает тяговые качества тягового транспортного средства.
Источники информации
1. Патент Великобритании 1064772, Кл. Н 2 А, 1964.
2. Патент Великобритании 1067070, Кл. Н 2 А, 1974.
3. Рудаков Б.В., Семенов Н.П., Сушков Б.А. Двухчастотный синхронный генератор и многоскоростной асинхронный двигатель для передвижных установок. - Энергетика, 1967, №5.
4. А.с. 691320, МПК2 B 60 L 11/08, 1979, Б.И. №38.
1. Электрическая передача мощности тягового транспортного средства, содержащая тяговый синхронный генератор, приводимый от теплового двигателя, блок возбуждения тягового синхронного генератора, асинхронные тяговые электродвигатели и блок управления электрической передачей мощности, статорные обмотки тягового синхронного генератора подключены к статорным обмоткам асинхронных тяговых электродвигателей, отличающаяся тем, что роторные обмотки каждого асинхронного тягового электродвигателя соединены с индивидуальными выпрямительными мостами, со стороны выпрямленного напряжения мосты включены параллельно и соединены с обмоткой якоря регулирующей машины постоянного тока, вал которой соединен с валами теплового двигателя и тягового синхронного генератора, валы асинхронных тяговых электродвигателей соединены с осями движущих колес, а блок управления электрической передачей мощности подключен к тепловому двигателю, блоку возбуждения тягового синхронного генератора и блоку возбуждения регулирующей машины постоянного тока.
2. Электрическая передача мощности тягового транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что в ней вместо одной регулировочной машины постоянного тока применены две электрические машины, в цепи якорных обмоток которых включены переключатели их последовательного или параллельного соединения, соединенные с блоком управления ими, подключенным к блоку управления электрической передачей мощности.
3. Электрическая передача мощности тягового транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что обмотки роторов асинхронных тяговых электродвигателей соединены последовательно, а параллельно им подключен выпрямитель, выход которого соединен с якорной обмоткой регулирующей машины постоянного тока (или двух электрических машин).
