Устройство для регулирования скорости тяговых электродвигателей постоянного тока
Изобретение относится к тяговому электроприводу. Устройство для регулирования скорости тяговых электродвигателей постоянного тока содержит подключенную к клеммам источника питания постоянного тока цепь, образованную последовательно соединенными первым контактором, тиристором, вторым контактором, реактором, якорными обмотками N тяговых электродвигателей, где N=2 или 4, третьим контактором, обмотками возбуждения N тяговых электродвигателей, четвертым и пятым контакторами соответственно. Часть цепи, образованная из последовательно соединенных второго контактора, реактора, якорных обмоток N тяговых электродвигателей, третьего контактора, обмоток возбуждения N тяговых электродвигателей, четвертого контактора, шунтирована параллельно соединенными обратно включенным первым диодом и шестым контактором. Первый контактор шунтирован обратно включенным вторым диодом, последовательно соединенные тиристор и второй контактор шунтированы седьмым контактором. Тиристор шунтирован цепью из последовательно соединенных восьмого контактора, резистора, шунтированного конденсатором, и прямовключенного третьего диода. Технический результат изобретения заключается в повышении надежности КПД и снижении себестоимости тягового электропривода. 1 ил.
Изобретение относится к области электротехники, в частности к тяговому электроприводу, и может быть использовано на электрическом транспорте для регулирования скорости тяговых двигателей постоянного тока в режимах тяги и электрического торможения.
Известно устройство для регулирования скорости тяговых двигателей транспортного средства, содержащее последовательно соединенные первый контактор, якорную обмотку первого тягового двигателя, второй контактор, якорную обмотку второго тягового двигателя, тиристорно-импульсный преобразователь, обмотки возбуждения, шунтированные диодом, причем первый контактор и якорные обмотки шунтированы обратным диодом, между анодом которого и клеммой второго контактора, соединенной с якорной обмоткой первого двигателя, включен третий контактор, а между минусом источника питания и концами якорных обмоток, соединенных с первым и вторым контакторами соответственно, включены диод и тиристор в обратном по отношению к источнику питания направлении (см. а.с. СССР №1562171, кл. B 60 L 15/08, 21.07.87).
Недостаток данного устройства состоит в том, что отсутствует возможность ослабления возбуждения тяговых двигателей.
Известно устройство для регулирования скорости тяговых двигателей, содержащее последовательно соединенные первый контактор, якорную обмотку первого тягового двигателя, второй контактор, якорную обмотку второго тягового двигателя, тиристор, импульсный преобразователь, обмотки возбуждения первого и второго тяговых двигателей, шунтированные диодом, причем первый контактор и якорная обмотка первого двигателя шунтированы диодом, катод которого соединен с полюсом источника питания и с катодом диода, анодом подключенным к аноду тиристора, а анод - к аноду тиристора, катод которого подключен к входу импульсного преобразователя, диоды, включенные между минусом источника питания и точками соединения первого и второго контакторов с якорными обмотками первого и второго двигателей соответственно (см. а.с. СССР №1624660, кл. Н 02 Р 15/16, 21.07.87).
Недостатком данного устройства является невозможность параллельного соединения якорей и обмоток возбуждения, что снижает начальную скорость рекуперативного торможения, и применения резисторного торможения при отсутствии потребителей рекуперируемой энергии.
По технической сущности наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее последовательно соединенные первый контактор, якорную обмотку первого тягового электродвигателя, широтно-импульсный преобразователь, обмотку возбуждения первого тягового электродвигателя, первый диод, обмотку возбуждения второго электродвигателя, которые подключены к источнику питания, обмотки возбуждения шунтированы обратным диодом, причем каждая обмотка возбуждения с первым диодом может быть шунтирована третьим и четвертым контакторами, соответственно, первый контактор с якорной обмоткой первого тягового электродвигателя и второй контактор с якорной обмоткой второго тягового электродвигателя шунтированы обратными диодами, параллельно широтно-импульсному преобразователю через пятый контактор подключен широтно-импульсный преобразователь, вход которого может подключаться к общей точке соединения якорной обмотки первого тягового электродвигателя и второго контактора через шестой контактор, кроме того между минусом источника питания и точками соединения первого контактора и якорной обмотки первого тягового электродвигателя включен пятый диод, второго контактора и якорной обмоткой второго тягового электродвигателя - шестой диод, обратных диодов - последовательно соединенные тиристор и резистор (см. а.с. СССР №2076445, кл. Н 02 Р 15/16, B 60 L 15/08, 11.04.95).
Недостатками устройства, принятого за прототип, являются низкая надежность и низкий КПД из-за наличия большого числа полупроводниковых приборов и p-n-переходов, по которым протекает силовой ток, а также низкая эффективность электрического торможения при низких скоростях.
Техническим результатом является повышение КПД, надежности и снижение себестоимости за счет снижения числа полупроводниковых приборов.
Дополнительным техническим результатом является обеспечение эффективности торможения при низких скоростях и расширение функциональных возможностей за счет добавления функции движения электропривода “вперед-назад”.
Достигается это тем, что устройство для регулирования скорости тяговых электродвигателей постоянного тока, согласно изобретению, содержит подключенную к клеммам источника питания постоянного тока цепь, образованную последовательно соединенными первым контактором, тиристором, вторым контактором, реактором, якорными обмотками N тяговых электродвигателей, где N=2 или 4, третьим контактором, обмотками возбуждения N тяговых электродвигателей, четвертым и пятым контакторами соответственно, при этом часть цепи, образованная из последовательно соединенных второго контактора, реактора, якорных обмоток N тяговых электродвигателей, третьего контактора, обмоток возбуждения N тяговых электродвигателей, четвертого контактора, шунтирована параллельно соединенными обратно включенным первым диодом и шестым контактором, первый контактор шунтирован обратно включенным вторым диодом, последовательно соединенные тиристор и второй контактор шунтированы седьмым контактором, тиристор шунтирован цепью из последовательно соединенных восьмого контактора, резистора, шунтированного конденсатором, и прямовключенного третьего диода, причем между объединенными выводами третьего контактора и якорной обмотки N тягового электродвигателя и объединенными выводами его обмотки возбуждения и четвертого контактора включен девятый контактор, а между объединенными выводами третьего контактора и обмотки возбуждения 1-го тягового электродвигателя и объединенными выводами четвертого и пятого контакторов включен десятый контактор.
Сущность изобретения заключается в том, что выполнение предложенного устройства вышеописанным образом позволяет уменьшить количество полупроводниковых приборов и снизить энергопотребление, а также повысить эффективность торможения при низких скоростях.
Сравнение предлагаемых способа и устройства с ближайшими аналогами позволяет судить о соответствии критерию “новизна”, а отсутствие отличительных признаков говорит о соответствии критерию “изобретательский уровень”.
Предварительные испытания позволяют судить о возможности широкого промышленного применения.
На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предложенного устройства.
Устройство для регулирования скорости электродвигателей постоянного тока содержит цепь, образованную последовательно соединенными первым контактором 1, тиристором 2, вторым контактором 3, реактором 4, якорными обмотками 5 и 6, N тяговых электродвигателей, где N=2 или 4, третьим контактором 7, обмотками 8 и 9 возбуждения N тяговых электродвигателей, четвертым и пятым контакторами 10 и 11, соответственно, подключенную к клеммам источника 12 питания постоянного тока.
Часть цепи, образованная из последовательно соединенных второго контактора 3, реактора 4, якорных обмоток 5 и 6 N тяговых электродвигателей, третьего контактора 7, обмоток 8 и 9 возбуждения N тяговых электродвигателей, четвертого контактора 10, шунтирована параллельно соединенными обратно включенным первым диодом 13 и шестым контактором 14.
Первый контактор 1 шунтирован обратно включенным вторым диодом 15, а последовательно соединенные тиристор 2 и второй контактор 3 шунтированы седьмым контактором 16.
Тиристор 2 шунтирован цепью из последовательно соединенных восьмого контактора 17, резистора 18, шунтированного конденсатором 19, и прямовключенного третьего диода 20.
Между объединенными выводами третьего контактора 7 и якорной обмотки 6 N-го тягового электродвигателя и объединенными выводами его обмотки 9 возбуждения и четвертого контактора 10 включен девятый контактор 21, а между объединенными выводами третьего контактора 7 и обмотки 8 возбуждения первого тягового электродвигателя и объединенными выводами четвертого и пятого контакторов 10 и 11 включен десятый контактор 22.
Устройство работает следующим образом.
В моторном режиме при движении “вперед” при замкнутых контакторах 1, 3, 7, 10, 11 осуществляется регулирование напряжения, подводимого к электродвигателям, с помощью тиристора 2. При включении тиристора 2 ток протекает по цепи: плюсовая клемма источника 12 питания, контактор 1, тиристор 2, контактор 3, реактор 4, якорные обмотки 5 и 6, контактор 7, обмотки 8 и 9 возбуждения, контакторы 10, 11, минусовая клемма источника 12 питания. При выключении тиристора 2 образуется цепь: реактор 4, якорные обмотки 5 и 6, контактор 7, обмотки 8 и 9 возбуждения, контактор 10, диод 13, контактор 3.
Режим электрического (рекуперативного) торможения при движении “вперед” осуществляется следующим образом. При включении тиристора 2 ток протекает по цепи: якорные обмотки 6 и 5, реактор 4, контактор 16, тиристор 2, контакторы 14 и 22, обмотки 8 и 9 возбуждения, контактор 21. При выключении тиристора 2 энергия возвращается в источник 12 питания. Ток при этом протекает по цепи: якорные обмотки 6 и 5, реактор 4, контактор 16, диод 15, источник 12 питания, контакторы 11, 10, обмотки 8 и 9 возбуждения, контактор 7.
При реостатном торможении при движении “вперед” при включении тиристора 2 ток протекает по цепи: якорные обмотки 6 и 5, реактор 4, контактор 16, тиристор 2, контакторы 14 и 22, обмотки 8 и 9 возбуждения, контактор 21. При выключении тиристора 2 ток протекает по цепи: якорные обмотки 6 и 5, реактор 4, контактор 16 и 22, резистор 18, диод 19, контакторы 14 и 17, обмотки 8 и 9 возбуждения, контактор 21.
При движении “назад” контакторы 7 и 10 выключаются, а контакторы 21 и 22 включаются. Направление тока в обмотках возбуждения изменяется на противоположное - ток протекает в направлении от обмотки 9 возбуждения к обмотке 8 возбуждения.
Таким образом осуществляется изменение направления на противоположное (реверс). При этом во всех режимах работы (моторном, рекуперативном и реостатном торможении) устройство работает аналогично вышеуказанному, только вместо контакторов 7 и 10 в работе участвуют контакторы 21 и 22.
Таким образом в предложенном устройстве достигается поставленный технический результат.
Устройство для регулирования скорости тяговых электродвигателей постоянного тока, характеризующееся тем, что оно содержит подключенную к клеммам (12) источника питания постоянного тока цепь, образованную последовательно соединенными первым контактором (1), тиристором (2), вторым контактором (3), реактором (4), якорными обмотками (5 и 6) N тяговых электродвигателей постоянного тока, где N=2 или 4, третьим контактором (7), обмотками (8 и 9) возбуждения N тяговых электродвигателей постоянного тока, четвертым и пятым контакторами (10 и 11) соответственно, при этом часть цепи, образованная из последовательно соединенных второго контактора (3), реактора (4), якорных обмоток (5 и 6) N тяговых электродвигателей постоянного тока, третьего контактора (7), обмоток возбуждения (8 и 9) N тяговых электродвигателей постоянного тока, четвертого контактора (10), шунтирована параллельно соединенными обратно включенным первым диодом (13) и шестым контактором (14), первый контактор (1) шунтирован обратно включенным вторым диодом (15), последовательно соединенные тиристор (2) и второй контактор (3) шунтированы седьмым контактором (16), тиристор (2) шунтирован цепью из последовательно соединенных восьмого контактора (17), резистора (18), шунтированного конденсатором (20), и прямовключенного третьего диода (19), причем между объединенными выводами третьего контактора (7) и якорной обмотки (6) N тягового электродвигателя постоянного тока и объединенными выводами его обмотки (9) возбуждения и четвертого контактора (10) включен девятый контактор (21), а между объединенными выводами третьего контактора (7) и обмотки возбуждения (8) первого тягового электродвигателя постоянного тока и объединенными выводами четвертого и пятого контакторов (10 и 11) включен десятый контактор (22).
