Тяговый электропривод транспортного средства постоянного тока

Изобретение относится к электрическому подвижному составу, получающему питание от контактной сети постоянного тока. Тяговый привод содержит несколько групп тяговых двигателей, импульсные преобразователи постоянного напряжения, линейные контакторы, цепи из последовательно соединенных контактора и диода, включенные между группами тяговых двигателей для обеспечения бесступенчатого перехода с одного соединения тяговых двигателей на другое. В приводе использованы также дополнительные режимные контакторы для изменения режима работы привода - тяга или электрическое рекуперативное торможение и входной LC-фильтр, дополнительная цепь, состоящая из резистора и контактора и включенная между импульсными прерывателями, а также дополнительные шунтирующие контакторы. Технический результат заключается в обеспечении экономичного режима работы привода на каждом соединении тяговых двигателей. 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 LС-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 на тяговых двигателях.

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, при этом импульсные преобразователи постоянного напряжения соединены между собой одноименными входными зажимами первых и вторых импульсных прерывателей, цепочки из соединенных последовательно диода и контактора по числу групп тяговых двигателей, каждая из которых включена между вторым зажимом цепи, состоящей из двух соединенных последовательно тяговых двигателей одной группы, и первым зажимом аналогичной цепи тяговых двигателей другой группы, входной сглаживающий реактор и три пары 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 [2].

Недостатками известного электропривода являются повышенные потери мощности при работе тягового электропривода в режимах полного напряжения на тяговых двигателях, что снижает его энергетические показатели.

Целью изобретения является снижение потребления энергии тяговым приводом.

Технический результат в предложенном электроприводе достигается за счет того, что он снабжен дополнительной цепочкой из соединенных последовательно резистора и контактора, включенной параллельно режимному контактору, соединяющему "минусовые" входные зажимы первых и "плюсовые" входные зажимы вторых импульсных прерывателей и шунтирующими контакторами по числу импульсных прерывателей, включенными между выходным и соответствующим входным зажимами каждого импульсного прерывателя.

Существенные отличительные признаки предложения:

- включение дополнительной цепочкой из соединенных последовательно резистора и контактора параллельно режимному контактору, соединяющему "минусовые" входные зажимы первых и "плюсовые" входные зажимы вторых импульсных прерывателей;

- включение шунтирующих контакторов по числу импульсных прерывателей между выходным и соответствующим входным зажимами каждого импульсного.

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, 20 и вторые 21, 22, 23, 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, 20 и вторые 22, 23, 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.

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. Три пары режимных контакторов включены соответственно: одна пара 47, 48 - между разноименными входными зажимами первых и вторых импульсных прерывателей; вторая пара 49, 50 - между минусовым выводом источника питания и “минусовыми” зажимами первых и вторых импульсных прерывателей; и между выводом сглаживающего реактора 51 и “плюсовыми” зажимами первых и вторых импульсных прерывателей - третья пара 52, 53. Другой вывод сглаживающего реактора 51 соединен с плюсовым выводом источника питания. Дополнительная цепочка из соединенных последовательно резистора 54 и контактора 55 включена параллельно режимному контактору 48, соединяющему "минусовые" входные зажимы первых 17, 18, 19, 20 и "плюсовые" входные зажимы вторых 21, 22, 23, 24 импульсных прерывателей. Шунтирующие контакторы 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62 и 63 по числу импульсных прерывателей включены между выходным и соответствующим входным зажимами каждого импульсного прерывателя 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 и 24.

Устройство позволяет работать тяговому электроприводу в режимах тяги и электрического рекуперативного торможения. При этом в тяге на различных схемах соединения тяговых двигателей обеспечивается экономичный режим работы, исключающий потери мощности в импульсных прерывателях.

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 при подключении тягового привода к источнику питания контакторы 50, 52 и 55 замкнуты, а контакторы 47, 48, 49 и 53 разомкнуты. Напряжение источника питания через реактор 51 и резистор 54 подается на конденсаторы 27, 30 и заряжает их до напряжения, равного половине напряжения источника питания. Включение в цепь заряда конденсаторов 27, 30 резистора 54 ограничивает величину зарядного тока и исключает возможность возникновения ударных токов при подключении разряженных конденсаторов. По окончании процесса заряда конденсаторов контактор 48 замыкают и тяговый привод готов к работе.

Соединение “С”. Контакторы 40, 42 и 44 замкнуты и все двигатели соединены последовательно. Замыкают линейные контакторы 31, 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. Для обеспечения экономичного режима работы замыкают шунтирующие контакторы 56, 63 и размыкают контактор 48. При этом через импульсные прерыватели 17 и 24 ток прекращается, что исключает в них потери мощности.

Соединение “СП”. Замыкают линейные контакторы 34, 36 и режимный контактор 48 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. Для обеспечения экономичного режима работы замыкают шунтирующие контакторы 58, 61 и размыкают контактор 48. При этом через импульсные прерыватели 19 и 22 ток прекращается, что исключает в них потери мощности.

Соединение “П”. Замыкают линейные контакторы 32, 33, 37, 35 и режимный контактор 48 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”. Для обеспечения экономичного режима работы замыкают шунтирующие контакторы 57, 59, 60, 61 и размыкают контактор 48. При этом через импульсные прерыватели 18, 20, 21 и 23 ток прекращается, что исключает в них потери мощности.

Таким образом регулируют напряжение на тяговых двигателях в процессе пуска от минимального до максимального и обеспечивают экономичный режим работы на каждом соединении тяговых двигателей.

Регулирование напряжения в сторону уменьшения производится в обратном порядке.

В режиме рекуперативного торможения режимные контакторы 47, 49 и 53 замкнуты, а контакторы 48, 50 и 52 разомкнуты. Разомкнуты также и шунтирующие контакторы 56-63. Напряжение источника питания через реактор 51 подается на конденсаторы 30, 27 и заряжает их до напряжения, равного половине напряжения источника питания. При этом, как и в режиме тяги, реактор 51 и конденсаторы 30, 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 плавным импульсным регулированием напряжения минимально возможного числа работающих импульсных преобразователей, а работа при полном напряжении на каждом соединении тяговых двигателей не сопровождается потерями мощности в импульсных прерывателях и, как следствие, на 10% снижается потребление энергии тяговым приводом.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.

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

2. Тяговый электропривод с питанием от контактной сети постоянного тока. Заявка на изобретение №2001121073 от 27.07.2001 г. Опубликовано 10 июля 2003 г. Бюллетень изобретений №19, 2003 г.

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, при этом импульсные преобразователи постоянного напряжения соединены между собой одноименными входными зажимами первых и вторых импульсных прерывателей, цепочки из соединенных последовательно диода и контактора по числу групп тяговых двигателей, каждая из которых включена между вторым зажимом цепи, состоящей из двух соединенных последовательно тяговых двигателей одной группы, и первым зажимом аналогичной цепи тяговых двигателей другой группы, входной сглаживающий реактор и три пары 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, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной цепочкой из соединенных последовательно резистора и контактора, включенной параллельно режимному контактору, соединяющему "минусовые" входные зажимы первых и "плюсовые" входные зажимы вторых импульсных прерывателей, и шунтирующими контакторами по числу импульсных прерывателей, включенными между выходным и соответствующим входным зажимами каждого импульсного прерывателя.