Устройство для регулирования скорости электроподвижного состава

Изобретение относится к тяговому электроприводу и предназначено для использования на электротранспортных средствах с двигателями постоянного тока, питаемыми от сети постоянного тока. Устройство содержит источник питания, четыре тяговых электродвигателя постоянного тока, двадцать один контактор, два тиристора, два диода, реостатный контроллер и девять резисторов. Благодаря выбранным связям между составными элементами реализуются полное возбуждение тяговых электродвигателей в режиме пуска при разомкнутых контакторах, ослабленное возбуждение при включенных контакторах с возможностью реверсирования тяговых электродвигателей, а также режим последовательно-параллельного соединения электродвигателей. Изобретение позволяет повысить надежность работы устройства, оптимизировать режим пуска и режим максимальной мощности с целью экономии электроэнергии. 1 ил.

 

Изобретение относится к области тягового электропривода и может быть применено на электротранспортных средствах с двигателями постоянного тока, питаемыми от сети постоянного напряжения.

Известен тяговый электропривод постоянного тока с тиристорным управлением (А.С.Мазнев, О.И.Шатнев, К.В.Марченко. Электропоезд ЭР2 с тиристорной системой ослабления возбуждения, Локомотив, 2001 год, №3, с.29-30). Тяговый электропривод содержит источник питания, выключатель, четыре тяговых электродвигателя постоянного тока с якорными обмотками и обмотками возбуждения, датчики тока возбуждения и тока якоря, а также первый и второй прерыватель тока, содержащие главный тиристор, тиристор гашения, коммутирующий конденсатор, контактор ослабления возбуждения, резисторы, блок защиты от юза и боксования, а также контактор шунтирования.

Недостаток устройства - коммутирующий конденсатор заряжается в момент замыкания контактора шунтирования, это приводит к тому, что, если нестационарный режим возникает в промежутке времени заряда коммутирующего конденсатора, то конденсатор окажется незаряженным и главный тиристор может оказаться невыключенным, что при резком увеличении тока якоря может привести к выходу из строя двигателей. Кроме того, информация о необходимости выключения главного тиристора поступает от датчика тока якоря и не учитывается информация от датчика тока возбуждения, что может привести к критическому уменьшению коэффициента ослабления возбуждения, ненадежной коммутации главного тиристора и тем самым к выходу из строя двигателей.

Известен тяговый электропривод постоянного тока (Я.И.Гаврилов, В.А.Мнацаканов. Вагоны метрополитена с импульсными преобразователями, Москва, Транспорт, 1986 год, с.88-90 - прототип), который содержит источник питания, выключатель, четыре тяговых электродвигателя постоянного тока с якорными обмотками и обмотками возбуждения, тиристорный регулятор, резисторы, индуктивные шунты и коммутационную аппаратуру.

Недостаток устройства, принятого за прототип, - устройство не обеспечивает эффективную защиту от бросков тока при нестационарных режимах.

Задача изобретения - повысить надежность устройства при нестационарных режимах работы, оптимизировать режим пуска и режим максимальной мощности, с целью экономии электроэнергии.

Технический результат достигается тем, что в устройство для регулирования скорости электроподвижного состава, содержащее последовательно соединенные источник питания, первый контактор, первый резистор, шунтированный вторым контактором, третий контактор, якорные обмотки первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, обмотки возбуждения первого и второго тяговых электродвигателей, четвертый контактор, пятый контактор, второй резистор, шестой контактор, подключенный к земле, к общему выводу первого резистора, второго и третьего контакторов подключены последовательно соединенные седьмой контактор, третий резистор, восьмой контактор, девятый контактор, обмотки возбуждения третьего и четвертого тяговых двигателей, десятый контактор, якорные обмотки третьего и четвертого тяговых электродвигателей постоянного тока, одиннадцатый контактор, подключенный к земле, к общему выводу третьего контактора и якорной обмотки первого тягового электродвигателя постоянного тока подключен двенадцатый контактор, его второй вывод соединен с общим выводом девятого контактора и обмотки возбуждения третьего тягового электродвигателя постоянного тока, к общему выводу обмотки возбуждения второго тягового электродвигателя постоянного тока и четвертого контактора подключен тринадцатый контактор, его второй вывод подключен к общему выводу якорной обмотки четвертого тягового двигателя и одиннадцатого контактора, к общему выводу третьего резистора и восьмого контактора подключены последовательно соединенные четырнадцатый и пятнадцатый контакторы, второй вывод пятнадцатого контактора соединен с общим выводом пятого контактора и второго резистора, к общему выводу якорной обмотки второго тягового электродвигателя постоянного тока и обмотки возбуждения первого тягового электродвигателя постоянного тока подключен шестнадцатый контактор, его второй вывод соединен с общим выводом четвертого и пятого контакторов, к общему выводу восьмого и девятого контакторов подключен семнадцатый контактор, его второй вывод соединен с общим выводом обмотки возбуждения четвертого тягового электродвигателя постоянного тока и десятого контактора, к общему выводу обмотки возбуждения второго тягового электродвигателя постоянного тока и четвертого контактора подключен четвертый резистор, к общему выводу обмотки возбуждения четвертого тягового электродвигателя постоянного тока и десятого контактора подключен пятый резистор, к дополнительным выводам второго резистора и общему выводу четвертого и пятого контакторов подключены нечетные контакты реостатного контроллера, к дополнительным выводам третьего резистора и общему выводу восьмого и девятого контакторов подключены четные контакты реостатного контроллера, к дополнительным выводам четвертого резистора и второму выводу четвертого резистора подключены другие нечетные контакты реостатного контроллера, к дополнительным выводам пятого резистора и второму выводу пятого резистора подключены другие четные контакты реостатного контроллера, к аноду первого тиристора подключен шестой резистор, к аноду второго тиристора подключен седьмой резистор и восемнадцатый, девятнадцатый, двадцатый, двадцать первый контакторы, в него введены два резистора и два диода, второй вывод четвертого резистора подключен через последовательно соединенные восьмой резистор, восемнадцатый контактор к общему выводу катода первого тиристора и анода первого диода, анод первого тиристора соединен с общим выводом якорной обмотки второго тягового электродвигателя постоянного тока и обмотки возбуждения первого тягового электродвигателя постоянного тока, катод первого диода соединен с девятнадцатым контактором, его второй вывод соединен с общей точкой обмотки возбуждения второго тягового электродвигателя постоянного тока и четвертого контактора, к катоду первого диода подключен второй вывод шестого резистора, второй вывод пятого резистора подключен через последовательно соединенные девятый резистор, двадцатый контактор к общему выводу катода второго тиристора и анода второго диода, анод второго тиристора соединен с общим выводом обмотки возбуждения третьего тягового электродвигателя постоянного тока и девятого контактора, катод второго диода соединен с двадцать первым контактором, его второй вывод соединен с общей точкой обмотки возбуждения четвертого тягового электродвигателя постоянного тока и десятого контактора, к катоду второго диода подключен второй вывод седьмого резистора.

Благодаря тому, что в устройство введены новые элементы и появились новые связи, реализуется полное возбуждение тяговых двигателей в режиме пуска при разомкнутых контакторах, ослабленное возбуждение при включенных контакторах с возможностью реверсирования тяговых двигателей, реализация режима последовательно-параллельного соединения тяговых электродвигателей постоянного тока.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.

В соответствии с чертежом и согласно формуле изобретения устройство для регулирования скорости электроподвижного состава, содержащее последовательно соединенные источник питания 1, первый контактор 2, первый резистор 3, шунтированный вторым контактором 4, третий контактор 5, якорные обмотки первого 6 и второго 7 тяговых электродвигателей постоянного тока, обмотки возбуждения первого 8 и второго 9 тяговых электродвигателей, четвертый контактор 10, пятый контактор 11, второй резистор 12, шестой контактор 13, подключенный к земле, к общему выводу первого резистора 3, второго и третьего контакторов 4 и 5 подключены последовательно соединенные седьмой контактор 14, третий резистор 15, восьмой контактор 16, девятый контактор 17, обмотки возбуждения третьего 18 и четвертого 19 тяговых электродвигателей постоянного тока, десятый контактор 20, якорные обмотки третьего 21 и четвертого 22 тяговых электродвигателей постоянного тока, одиннадцатый контактор 23, подключенный к земле, к общему выводу третьего контактора 5 и якорной обмотки 6 первого тягового электродвигателя постоянного тока подключен двенадцатый контактор 24, его второй вывод соединен с общим выводом девятого контактора 17 и обмотки возбуждения 18 третьего тягового электродвигателя постоянного тока, к общему выводу обмотки возбуждения 9 второго тягового электродвигателя постоянного тока и четвертого контактора 10 подключен тринадцатый контактор 25, его второй вывод подключен к общему выводу якорной обмотки 22 четвертого тягового электродвигателя постоянного тока и одиннадцатого контактора 23, к общему выводу третьего резистора 15 и восьмого контактора 16 подключены последовательно соединенные четырнадцатый 26 и пятнадцатый 27 контакторы, второй вывод пятнадцатого контактора 27 соединен с общим выводом пятого контактора 11 и второго резистора 12, к общему выводу якорной обмотки 7 второго тягового электродвигателя постоянного тока и обмотки возбуждения 8 первого тягового электродвигателя постоянного тока подключен шестнадцатый контактор 28, его второй вывод соединен с общим выводом четвертого 10 и пятого 11 контакторов, к общему выводу восьмого 16 и девятого 17 контакторов подключен семнадцатый контактор 29, его второй вывод соединен с общим выводом обмотки возбуждения 19 четвертого тягового электродвигателя постоянного тока и десятого контактора 20, к общему выводу обмотки возбуждения 9 второго тягового электродвигателя постоянного тока и четвертого контактора 10 подключен четвертый резистор 30, к общему выводу обмотки возбуждения 19 четвертого тягового электродвигателя постоянного тока и десятого контактора 20 подключен пятый резистор 31, к дополнительным выводам второго резистора 12 и общему выводу четвертого 10 и пятого 11 контакторов подключены нечетные контакты 32.1-32.19 реостатного контроллера 32, к дополнительным выводам третьего резистора 15 и общему выводу восьмого 16 и девятого контакторов 17 подключены четные контакты 32.2-32.20 реостатного контроллера 32, к дополнительным выводам четвертого резистора 30 и второму выводу четвертого резистора 30 подключены другие нечетные контакты 32.21-32.25 реостатного контроллера 32, к дополнительным выводам пятого резистора 31 и второму выводу пятого резистора 31 подключены другие четные контакты 32.22-32.26 реостатного контроллера 32, к аноду первого тиристора 33 подключен шестой резистор 34, к аноду второго тиристора 35 подключен седьмой резистор 36, второй вывод четвертого резистора 30 подключен через последовательно соединенные восьмой резистор 37, восемнадцатый контактор 38 к общему выводу катода первого тиристора 33 и анода первого диода 39, анод первого тиристора 33 соединен с общим выводом якорной обмотки 7 второго тягового электродвигателя постоянного тока и обмотки возбуждения 8 первого тягового электродвигателя постоянного тока, катод первого диода 39 соединен с девятнадцатым контактором 40, его второй вывод соединен с общей точкой обмотки возбуждения 9 второго тягового электродвигателя постоянного тока и четвертого контактора 10, к катоду первого диода 39 подключен второй вывод шестого резистора 34, второй вывод пятого резистора 31 подключен через последовательно соединенные девятый резистор 41, двадцатый контактор 42 к общему выводу катода второго тиристора 35 и анода второго диода 43, анод второго тиристора 35 соединен с общим выводом обмотки возбуждения 18 третьего тягового электродвигателя постоянного тока и девятого контактора 17, катод второго диода 43 соединен с двадцать первым контактором 44, его второй вывод соединен с общей точкой обмотки возбуждения 19 четвертого тягового электродвигателя постоянного тока и десятого контактора 20, к катоду второго диода 43 подключен второй вывод седьмого резистора 36.

Устройство работает следующим образом. В моторном режиме при замкнутых контакторах 2, 4, 5, 20, 26, 27, 38, 42 все четыре тяговых двигателя соединены последовательно, ток протекает по цепи контакторы 2, 4, 5, якорные обмотки 6, 7, тиристор 33, контактор 38, резистор 37, часть резистора 30, обмотки возбуждения 8, 9, контактор 10, резисторы 12, 15, контактор 17, тиристор 35, контактор 42, резистор 41, часть резистора 31, обмотки возбуждения 18, 19, контактор 20, якорные обмотки 21, 22, контактор 23. Контакторы 38, 42 размыкаются, возбуждение тяговых двигателей становится полным, после последовательного замыкания всех контактов реостатного контроллера 32 происходит переключение тяговых двигателей с последовательного на последовательно-параллельное соединение. Замыкаются контакторы 11, 13, 14, 16 и размыкаются 26, 27. В цепь первого и второго тяговых двигателей вводится резистор 12, а в цепь третьего и четвертого тяговых двигателей - резистор 15. Вал реостатного контроллера 32 приходит во вращение, но уже в обратном направлении, и резисторы 12, 15 выводятся ступенями. После завершения процесса выведения резисторов 12, 15 начинается ослабление возбуждения тяговых двигателей. Ослабление возбуждения осуществляется в четыре ступени. Первая ступень обеспечивается включением тиристорных регуляторов 33, 35, замыканием контакторов 38, 42. Последовательное замыкание контакторов реостатного контроллера 32 в цепи тяговых двигателей приводит к дальнейшему ослаблению возбуждения. Тиристорные регуляторы 33, 35 отключают резисторы 37, 30 и 41, 31 при переходных процессах в тяговых двигателях, связанных с набросом напряжения, и отрыве токосъемного устройства от контактного рельса. Перед разборкой силовой цепи размыкается контактор 4 и в цепь тяговых двигателей вводится резистор 3. Это делается с целью смягчить толчки, возникающие в тяговой передаче при размыкании силовой цепи.

Режим торможения. При замыкании контакторов 24, 23, 20, 25, 28, 27, 26, 40, 44 ток якорных обмоток 6, 7 проходит по цепи: контактор 24, обмотки возбуждения 18, 19, контактор 29, четные контакты реостатного контроллера 32, резистор 15, контакторы 26, 27, резистор 12, нечетные контакты реостатного контроллера 32, контактор 28, якорные обмотки 7, 6; а ток якорных обмоток 21, 22 по цепи: якорные обмотки 21, 22, контакторы 20, 29, четные контакты реостатного контроллера 32, резистор 15, контакторы 26, 27, резистор 12, нечетные контакторы реостатного контроллера 32, контактор 28, обмотки возбуждения 8, 9, контактор 25. При достижении тока в якорных обмотках уставки включаются тиристорные регуляторы тока возбуждения 33, 35, которые увеличивают возбуждение тяговых двигателей до полного, при этом размыкаются контакторы 40, 44 и резисторы 12, 15 - выводятся путем замыкания контактов реостатного контроллера 32. Резисторы 34 и 36 включены параллельно тиристорным регуляторам 33 и 35 и служат для их шунтирования при выключении. Диоды 39, 43 обеспечивают гальваническую развязку контакторов 38 и 42 соответственно от анодов тиристоров 33 и 35 по цепи резисторов 34 и 36 в моторном режиме.

Предлагаемое схемное решение реализует поставленную задачу - повысить надежность устройства при нестационарных режимах работы, позволяет оптимизировать режим пуска и режим максимальной мощности, обеспечивая максимальный коэффициент полезного действия привода, чем достигается экономия электроэнергии.

Устройство для регулирования скорости электроподвижного состава, содержащее последовательно соединенные источник питания, первый контактор, первый резистор, шунтированный вторым контактором, третий контактор, якорные обмотки первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, обмотки возбуждения первого и второго тяговых электродвигателей, четвертый контактор, пятый контактор, второй резистор, шестой контактор, подключенный к земле, к общему выводу первого резистора, второго и третьего контакторов подключены последовательно соединенные седьмой контактор, третий резистор, восьмой контактор, девятый контактор, обмотки возбуждения третьего и четвертого тяговых электродвигателей постоянного тока, десятый контактор, якорные обмотки третьего и четвертого тяговых электродвигателей постоянного тока, одиннадцатый контактор, подключенный к земле, к общему выводу третьего контактора и якорной обмотке первого тягового электродвигателя постоянного тока подключен двенадцатый контактор, его второй вывод соединен с общим выводом девятого контактора и обмоткой возбуждения третьего тягового электродвигателя постоянного тока, к общему выводу обмотки возбуждения второго тягового электродвигателя постоянного тока и четвертого контактора подключен тринадцатый контактор, его второй вывод подключен к общему выводу якорной обмотки четвертого тягового электродвигателя постоянного тока и одиннадцатого контактора, к общему выводу третьего резистора и восьмого контактора подключены последовательно соединенные четырнадцатый и пятнадцатый контакторы, второй вывод пятнадцатого контактора соединен с общим выводом пятого контактора и второго резистора, к общему выводу якорной обмотки второго тягового электродвигателя постоянного тока и обмотки возбуждения первого тягового электродвигателя постоянного тока подключен шестнадцатый контактор, его второй вывод соединен с общим выводом четвертого и пятого контакторов, к общему выводу восьмого и девятого контакторов подключен семнадцатый контактор, его второй вывод соединен с общим выводом обмотки возбуждения четвертого тягового электродвигателя постоянного тока и десятого контактора, к общему выводу обмотки возбуждения второго тягового электродвигателя постоянного тока и четвертого контактора подключен четвертый резистор, к общему выводу обмотки возбуждения четвертого тягового электродвигателя постоянного тока и десятого контактора подключен пятый резистор, к дополнительным выводам второго резистора и общему выводу четвертого и пятого контакторов подключены нечетные контакты реостатного контроллера, к дополнительным выводам третьего резистора и общему выводу восьмого и девятого контакторов подключены четные контакты реостатного контроллера, к дополнительным выводам четвертого резистора и второму выводу четвертого резистора подключены другие нечетные контакты реостатного контроллера, к дополнительным выводам пятого резистора и второму выводу пятого резистора подключены другие четные контакты реостатного контроллера, к аноду первого тиристора подключен шестой резистор, к аноду второго тиристора подключен седьмой резистор, и восемнадцатый, девятнадцатый, двадцатый, двадцать первый контакторы, отличающееся тем, что в него введены восьмой и девятый резисторы и два диода, второй вывод четвертого резистора подключен через последовательно соединенные восьмой резистор и восемнадцатый контактор к общему выводу катода первого тиристора и анода первого диода, анод первого тиристора соединен с общим выводом якорной обмотки второго тягового электродвигателя постоянного тока и обмотки возбуждения первого тягового электродвигателя постоянного тока, катод первого диода соединен с девятнадцатым контактором, второй вывод которого соединен с общей точкой обмотки возбуждения второго тягового электродвигателя постоянного тока и четвертого контактора, к катоду первого диода подключен второй вывод шестого резистора, второй вывод пятого резистора подключен через последовательно соединенные девятый резистор и двадцатый контактор к общему выводу катода второго тиристора и анода второго диода, анод второго тиристора соединен с общим выводом обмотки возбуждения третьего тягового электродвигателя постоянного тока и девятого контактора, катод второго диода соединен с двадцать первым контактором, второй вывод которого соединен с общей точкой обмотки возбуждения четвертого тягового электродвигателя постоянного тока и десятого контактора, к катоду второго диода подключен второй вывод седьмого резистора.