Тяговый электропривод постоянного тока

Авторы патента:

Ким Светлана Владимировна (RU)

Ким Сергей Ирленович (RU)

Харитонов Владимир Иванович (RU)

B60L9/08 - с питанием от линий энергоснабжения переменного тока

Владельцы патента RU 2450941:

Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (ОАО "РЖД") (RU)

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть использовано на транспортных средствах, в частности на маневровых тепловозах с тяговыми двигателями постоянного тока. В тяговом электроприводе, содержащем тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения, подключенные к выходу преобразователя напряжения, параллельно обмоткам возбуждения тяговых электродвигателей включены регуляторы токов возбуждения, выполненные в виде блока резисторов, каждый из которых подключен к обмотке возбуждения соответствующего тягового электродвигателя через контактор. Преобразователь напряжения состоит из двух биполярных транзисторов с изолированным затвором, эмиттеры которых соединены вместе и подключены к минусовому выводу источника питания. Коллектор каждого из биполярных транзисторов подключен через один контактор к свободному выводу обмотки возбуждения соответствующего тягового электродвигателя, а через второй контактор подключен к свободному выводу обмотки якоря другого тягового электродвигателя, при этом эти же выводы обмоток якорей тяговых электродвигателей с помощью двух поездных контакторов подключены к плюсовому выводу источника питания. Технический результат заключается в повышении надежности работы и снижении потерь энергии. 2 ил.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть использовано на транспортных средствах с тяговыми электродвигателями постоянного тока, в частности на маневровых тепловозах с тяговыми электродвигателями постоянного тока.

Известен тяговый электропривод транспортного средства, содержащий тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения, которые посредством преобразователей постоянного напряжения через входной LC-фильтр подключены к источнику питания, сглаживающие реакторы, включенные последовательно с якорными обмотками тяговых электродвигателей, шунтирующие резисторы, включенные параллельно обмоткам возбуждения тяговых электродвигателей, балластные резисторы с контакторами шунтирования, тормозные резисторы, соединенные последовательно с силовыми полупроводниковыми ключами, регуляторы токов возбуждения, диодные мосты, в диагонали постоянного тока которых включены обмотки возбуждения тяговых электродвигателей, причем параллельно обмоткам возбуждения включены регуляторы токов возбуждения, при этом каждый преобразователь постоянного напряжения состоит из четырех силовых полупроводниковых ключей с обратной проводимостью, соединенных между собой в виде моста, диагональ постоянного тока которого с включенным в нее тормозным резистором и силовым полупроводниковым ключом подключена к входному LC- фильтру, в диагональ переменного тока преобразователя включены соединенные последовательно якорные обмотки тяговых электродвигателей, сглаживающий реактор, балластный резистор с контактором шунтирования и диагональ переменного тока диодного моста (RU, патент на изобретение №2215660 C1, B60L 7/12, опубл. 2003 г.).

Недостатками известного тягового электропривода являются недостаточная надежность, обусловленная сложностью средств регулирования скорости электродвигателей и потерями энергии при ее передаче от электродвигателя.

Известен тяговый электропривод транспортного средства, принятый за прототип, содержащий тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения, подключенные к выходу преобразователя напряжения, параллельно обмоткам возбуждения тяговых электродвигателей включены регуляторы токов возбуждения, преобразователь напряжения состоит из двух регулируемых тиристорных выпрямителей, входы которых подключены к источнику трехфазного переменного напряжения, а их выходы соединены последовательно и являются выходом преобразователя напряжения, регулятор токов возбуждения выполнен в виде блока резисторов, каждый из которых подключен к обмотке возбуждения тягового электродвигателя через контактор, а через второй контактор параллельно блоку резисторов включен шунтирующий элемент, при этом цепи управления контакторов и входы управления тиристорных выпрямителей подключены к соответствующим выходам контроллера (RU, патент на изобретение №2309057 С2, B60L 9/08, опубл. 2007 г.).

Недостатками тягового электропривода являются недостаточная надежность работы тягового электропривода при обеспечении работы его в расширенном диапазоне скоростей, в том числе в режиме плавного регулирования скорости при глубоком регулировании тиристорных выпрямителей и потере энергии из-за возможной потери синхронизации.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы тягового электропривода при работе тяговых электродвигателей в расширенном диапазоне скоростей, в том числе в режиме плавного регулирования скорости и повышение эффективности за счет исключения потерь энергии при потере синхронизации.

Указанный технический результат достигается тем, что в тяговом электроприводе постоянного тока, содержащем тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения, подключенные к выходу преобразователя напряжения, параллельно обмоткам возбуждения тяговых электродвигателей включены регуляторы токов возбуждения, выполненные в виде блока резисторов, каждый из которых подключен к обмотке возбуждения соответствующего тягового электродвигателя через контактор; преобразователь напряжения состоит из двух биполярных транзисторов с изолированным затвором, эмиттеры которых соединены вместе и подключены к минусовому выводу источника питания, коллектор каждого из биполярных транзисторов подключен через один контактор к свободному выводу обмотки возбуждения соответствующего тягового электродвигателя, а через второй контактор подключен к свободному выводу обмотки якоря другого тягового электродвигателя, при этом эти же выводы обмоток якорей тяговых электродвигателей с помощью двух поездных контакторов подключены к плюсовому выводу источника питания.

На фиг.1 изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого тягового электропривода постоянного тока, на фиг.2 показана таблица возможных комбинаций включения контакторов в различных режимах работы тягового электропривода постоянного тока.

Тяговый электропривод постоянного тока (фиг.1) содержит тяговый электродвигатель Э1 постоянного тока, к якорной обмотке 1 которого подключена его обмотка возбуждения 2, зашунтированная цепью из последовательно соединенных блока 3 резисторов и контактора 4, к общей точке соединения обмотки возбуждения 2 тягового электродвигателя Э1 и контактора 4 подключены последовательно соединенные контактор 5 и первый биполярный транзистор 6 с изолированным затвором. Аналогичная цепь образована последовательно включенными якорной обмоткой 7 другого тягового электродвигателя Э2 постоянного тока, его обмоткой возбуждения 8, зашунтированной цепью из последовательно соединенных блока 9 резисторов и контактора 10, контактором 11 и вторым биполярным транзистором 12 с изолированным затвором. Эмиттеры обоих биполярных транзисторов 6 и 12 соединены вместе и подключены к минусовому выводу источника питания (на фиг.1 не показан), свободные выводы якорных обмоток 1 и 7 тяговых электродвигателей Э1 и Э2 постоянного тока через соответствующие поездные контакторы 13 и 14 подключены к плюсовому выводу источника питания (на фиг.1 не показан).

Общая точка подключения обмотки возбуждения 2 тягового электродвигателя Э1 постоянного тока, контакторов 4 и 5 через контактор 15 подключена к общей точке подключения поездного контактора 14 и якорной обмотки 7 другого тягового электродвигателя Э2 постоянного тока, а общая точка подключения обмотки возбуждения 8 тягового электродвигателя Э2 постоянного тока, контакторов 10 и 11 через контактор 16 подключена к общей точке подключения поездного контактора 13 и якорной обмотки 1 тягового электродвигателя Э1 постоянного тока.

Тяговый электропривод постоянного тока работает следующим образом.

В таблице (фиг.2) показаны возможные комбинации включения контакторов (5, 11, 13, 14, 15 и 16)

В нормальном режиме тяги (режим №1) замкнуты контакторы 13, 14, 5 и 11, с выходов блока управления (на фиг.1 не показан) подаются импульсы управления на затворы первого и второго биполярных транзисторов 6 и 12 с изолированным затвором, коэффициент заполнения которых λ соответствует заданному значению напряжения U на электродвигателях Э1 и Э2 постоянного тока, чем обеспечивают плавное изменение напряжения на тяговых электродвигателях Э1 и Э2 постоянного тока при трогании и во всем диапазоне скоростей движения. Например, напряжение, приложенное к якорной обмотке 1 и обмотке возбуждения 2 тягового электродвигателя Э1 постоянного тока, определяется выражением

U_дв1=U·λ₁,

где: U - напряжение источника питания;

λ₁ - коэффициент заполнения управляющих импульсов на затворе первого биполярного транзистора с изолированным затвором.

Путем изменения коэффициента заполнения λ₁ от 0 до 1 напряжение на тяговом электродвигателе Э1 изменяется от 0 до U, что обеспечивает плавное регулирование тягового электропривода постоянного тока, аналогично для другого тягового электродвигателя Э2 постоянного тока. При необходимости расширения диапазона скоростей движения включаются контакторы 4 и 10, обеспечивая необходимое ослабление возбуждения обоих тяговых электродвигателей Э1 и Э2 постоянного тока.

При выходе из строя биполярного транзистора 6 с изолированным затвором (режим №2) замыкаются контакторы 13, 15, 11, оба тяговых электродвигателя Э1 и Э2 постоянного тока соединяются последовательно и подключаются к источнику питания по цепи: плюсовой вывод источника питания, поездной контактор 13, якорная обмотка 1 тягового электродвигателя Э1 постоянного тока, его обмотка возбуждения 2, замкнутые контакты контактора 15, якорная обмотка 7 другого тягового электродвигателя Э2 постоянного тока, его обмотка возбуждения 8, замкнутые контакты контактора 11, второй биполярный транзистор 12 с изолированным затвором, минусовой вывод источника питания.

При выходе из строя биполярного транзистора 12 с изолированным затвором (режим №3) замыкаются контакторы 14, 16, 5, оба тяговых электродвигателя Э1 и Э2 постоянного тока соединяются последовательно и подключаются к источнику питания по цепи: плюсовой вывод источника питания, поездной контактор 14, якорная обмотка 7 тягового электродвигателя Э2 постоянного тока, его обмотка возбуждения 8, замкнутые контакты контактора 16, якорная обмотка 1 тягового электродвигателя Э1 постоянного тока, его обмотка возбуждения 2, замкнутые контакты контактора 5, первый биполярный транзистор 6 с изолированным затвором, минусовой вывод источника питания.

В режимах №2 и №3 напряжение, приложенное к якорным обмоткам и обмоткам возбуждения обоих тяговых электродвигателей Э1 и Э2 постоянного тока, соединенных последовательно, определяется выражением

U_дв1,2=U·λ,

где: U - напряжение источника питания;

λ - коэффициент заполнения управляющих импульсов на затворе работающего биполярного транзистора с изолированным затвором.

Путем изменения коэффициента заполнения λ от 0 до 1 напряжение на последовательно соединенных тяговых электродвигателях Э1 и Э2 изменяется от 0 до U, что обеспечивает плавное регулирование тягового электропривода постоянного тока. При необходимости расширения диапазона скоростей движения включаются контакторы 4 и 10, обеспечивая необходимое ослабление возбуждения обоих тяговых электродвигателей Э1 и Э2 постоянного тока.

При выходе из строя одного из тяговых электродвигателей Э1 или Э2 постоянного тока (режимы №4 и №5) к источнику питания подключается только исправный тяговый электродвигатель постоянного тока, например, при выходе из строя тягового электродвигателя Э1 цепи питания другого тягового электродвигателя Э2 образуются путем включения контакторов 14 и 11: плюсовой вывод источника питания, поездной контактор 14, якорная обмотка 7 тягового электродвигателя Э2 постоянного тока, его обмотка возбуждения 8, замкнутые контакты контактора 11, второй биполярный транзистор 12 с изолированным затвором, минусовой вывод источника питания, при этом напряжение, приложенное к якорной обмотке 7 и обмотке возбуждения 8 тягового электродвигателя Э2 постоянного тока, определяется выражением

U_дв2=U·λ₂,

где: U - напряжение источника питания;

λ₂ - коэффициент заполнения управляющих импульсов на затворе второго биполярного транзистора с изолированным затвором. Путем изменения коэффициента заполнения λ₂ от 0 до 1 напряжение на тяговом электродвигателе Э2 постоянного тока изменяется от 0 до U, что обеспечивает плавное регулирование тягового электропривода постоянного тока. При необходимости расширения диапазона скоростей движения включаются контактор 10, обеспечивая необходимое ослабление возбуждения тягового электродвигателя Э2 постоянного тока.

Тяговый электропривод постоянного тока реализован на опытном образце маневрового тепловоза и показал положительные результаты.

Тяговый электропривод постоянного тока, содержащий тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения, подключенные к выходу преобразователя напряжения, параллельно обмоткам возбуждения тяговых электродвигателей включены регуляторы токов возбуждения, выполненные в виде блока резисторов, каждый из которых подключен к обмотке возбуждения соответствующего тягового электродвигателя через контактор, отличающийся тем, что преобразователь напряжения состоит из двух биполярных транзисторов с изолированным затвором, эмиттеры которых соединены вместе и подключены к минусовому выводу источника питания, коллектор каждого из биполярных транзисторов подключен через один контактор к свободному выводу обмотки возбуждения соответствующего тягового электродвигателя, а через второй контактор подключен к свободному выводу обмотки якоря другого тягового электродвигателя, при этом эти же выводы обмоток якорей тяговых электродвигателей с помощью двух поездных контакторов подключены к плюсовому выводу источника питания.

Изобретение относится к средствам беспроводной передачи энергии и может быть использовано для электропитания электротранспортных средств. .

Тяговый электропривод транспортного средства // 2309057

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано в тяговых электроприводах рельсовых транспортных средств. .

Устройство для электропитания и регулирования вспомогательных машин электровозов переменного тока // 2173269

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано на электровозах, питающихся от контактной сети переменного тока 25 кВ 50 Гц. .

Электростатический элемент и электродинамический движитель // 2093377

Изобретение относится к энергомашиностроению, касается усовершенствования электростатических элементов и электродинамических движителей и может найти применение в электротехнике и на транспорте.

Активный фильтр для питаемого от воздушной контактной сети переменного тока тягового средства // 2083388

Система электроснабжения транспортного средства // 2066640

Изобретение относится к электрическому транспорту, в частности, к внутрицеховому. .

Электропривод транспортного средства // 1729843

Изобретение относится к железнодорожному транспорту. .

Устройство для питания электрифицированного транспортного средства // 1725749

Устройство для натяжения токоподводящего кабеля транспортного средства // 1449385

Изобретение относится к подъе но-транспортному машиностроению и может быть использовано в конструкции электропогрузчика с гибким токоподводом. .

Устройство для регулирования скорости тяговых электродвигателей транспортного средства // 1036583

Способ повышения коэффициента мощности при рекуперативном торможении электровоза переменного тока и устройство для его реализации // 2475374

Изобретение относится к устройствам генерации электроэнергии, а точнее к устройствам, обеспечивающим режим рекуперативного торможения электровоза с возвратом энергии в электрическую сеть переменного тока

Система и способ для передачи электрической энергии на транспортное средство // 2480354

Изобретение относится к области транспортных средств, прежде всего к рельсовым транспортным средствам, содержащим электрическую проводниковую структуру (12) для создания переменного электромагнитного поля и передачи посредством него энергии на транспортное средство

Устройство для индуктивной передачи электроэнергии // 2496659

Изобретение относится к области электрического транспорта и предназначено для индуктивной передачи электроэнергии от стационарного источника переменного тока, содержащего первичную катушку индуктивности, к транспортному средству, содержащему приемную катушку индуктивности. Транспортное средство содержит устройство обнаружения предмета внутри заданного пространства, включающего в себя пространство, заключенное во время передачи энергии между первичной катушкой индуктивности и приемной катушкой. Устройство обнаружения содержит, по меньшей мере, один бесконтактный датчик и аналитическое устройство, соединенное с датчиком. Датчик устройства обнаружения встроен в тот же корпус, что и первичная или вторичная катушка индуктивности устройства для передачи энергии. Датчик может представлять собой ультразвуковой, радиолокационный, инфракрасный датчик или электронный датчик изображения. Технический результат заключается в повышении надежности работы устройства за счет обнаружения посторонних предметов в пространстве индуктивной передачи энергии. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство фильтрации и компенсации системы тягового электроснабжения переменного тока // 2499341

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам фильтрации и компенсации (УФК) в тяговой сети переменного тока системы 25 кВ и 2×25 кВ. Устройство фильтрации и компенсации системы тягового электроснабжения содержит последовательно соединенные главный выключатель с замыкающим блок-контактом и пультом управления на его включение, первый реактор и первую секцию конденсаторов, вторую секцию конденсаторов с параллельно включенным вторым реактором, и третью секцию конденсаторов с третьим реактором и демпфирующим резистором, подключенным между точкой соединения второй и третьей секцией конденсаторов и рельсом. В схему устройства введен контактор с приводом, включенный между третьим реактором и рельсом, а цепь включения контактора соединяет пульт управления с его приводом через замыкающий блок-контакт главного выключателя. Технический результат - повышение эффективности снижения бросков тока и напряжения при одновременном упрощении устройства. 1 ил.

Беспроводная зарядная система для маломощных потребителей электрической энергии // 2510558

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для обеспечения гарантированного беспроводного питания и зарядки различных устройств, например для беспроводной зарядки маломощных электроприборов (телефон, фотоаппарат, камеры, игрушки, сувениры), в квартире, офисе, общественном здании. Техническим результатом является повышение эффективности системы. Беспроводная зарядная система для маломощных потребителей электрической энергии содержит зарядную станцию с излучателем (1) и приемник потребителя электрической энергии, выполненные с катушками, работающими с использованием обратной связи. Катушка излучателя выполнена с двумя обмотками (15 и 16), длина провода которых кратна λ/4, где λ - используемая длина волны, при этом приемник состоит из колебательного контура, включающего в себя параллельно соединенные спиральную плоскую катушку (6) с длиной провода, кратной λ/4 или λ/2, и настроечный конденсатор (7), через управляемый выпрямитель (8) последовательно соединенный с накопительным конденсатором (10), с широтно-импульсным модулятором (9) и контроллером (11), который соединен с генератором (12) импульсов и аккумулятором (14). 15 з.п.ф-лы, 7 ил.

Способ и устройство стабилизации трехфазного переменного напряжения // 2551427

Изобретение относиться к области электротехники и может быть использовано при производстве, преобразовании и распределении электрической энергии, в частности в стабилизаторах трехфазного переменного напряжения локомотивов. Техническим результатом является обеспечение стабилизации выходного трехфазного переменного напряжения при изменении входного напряжения в широком диапазоне, уменьшение массогабаритных показателей. Указанный технический результат достигается тем, что в способе и устройстве стабилизации трехфазного переменного напряжения, в которое введены линейный дроссель, ключевой транзистор, диод и фильтровая емкость, блок управления управляет автономным инвертором напряжения по закону синусоидальной векторной широтно-импульсной модуляции. Блок управления формирует импульсы включения/выключения ключевого транзистора по разностному сигналу с элемента сравнения при входном напряжении ниже заданного значения напряжения, а при входном переменном напряжении выше заданного значения напряжения отключает ключевой транзистор и стабилизирует выходное переменное напряжение автономным инвертором напряжения по заранее вычисленной линейной характеристике в зависимости от величины постоянного напряжения на входе автономного инвертора напряжения.. Дополнительно к выходу автономного инвертора напряжения подключен трехфазный синусный фильтр, состоящий из индуктивностей, включенных последовательно с выходными фазами (U, V, W), и емкостей, включенных между выходами индуктивностей. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Выпрямительная установка возбуждения электровоза на igbt модуле со способом защиты от коммутационных перенапряжений // 2565633

Группа изобретений относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Выпрямительная установка возбуждения (ВУВ) электровоза состоит из выпрямительных диодов, IGBT транзисторного модуля и диода для поддержания непрерывности тока возбуждения. ВУВ подключена к трансформатору напряжения и работает на обмотки возбуждения двигателей. Цепи защиты IGBT модуля состоят из дополнительного маломощного трансформатора, первичная обмотка которого подключена к вторичной обмотке тягового трансформатора электровоза. Две вторичные обмотки подключены одним из выводов к питающей обмотке ВУВ, а другим выводом к коллектору IGBT модуля через последовательно включенные диод и дополнительный управляемый электронный ключ. Способ защиты заключается в том, что большая часть энергии индуктивностей рассеяния при выключении модуля отводится с его коллектора на вторичную обмотку дополнительного маломощного трансформатора. Включение дополнительных ключей происходит в зависимости от полупериода сетевого напряжения, в момент не позже выключения IGBT модуля, а выключение - в зависимости от длительности коммутационных перенапряжений. Техническим результатом является защита выпрямительной установки возбуждения от коммутационных перенапряжений. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ защиты выпрямительной установки возбуждения электровоза на igbt модуле от коммутационных перенапряжений и выпрямительная установка возбуждения // 2565634

Группа изобретений относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Выпрямительная установка возбуждения (ВУВ) состоит из выпрямительных диодов, IGBT транзисторного модуля и диода для поддержания непрерывности тока возбуждения. ВУВ подключена к трансформатору напряжения и работает на обмотки возбуждения двигателей. Цепи защиты IGBT модуля состоят из двух дополнительных секций тягового трансформатора, расположенных на одном сердечнике и работающих в зависимости от полупериода сетевого напряжения. Секции одним выводом подключены к питающей обмотке ВУВ, а другим выводом - к коллектору IGBT модуля через последовательно включенные диод и дополнительный управляемый электронный ключ. Способ защиты заключается в том, что большая часть энергии индуктивностей рассеяния при выключении модуля отводится с его коллектора на дополнительные вторичные обмотки тягового трансформатора. Включение дополнительных ключей происходит в зависимости от полупериода сетевого напряжения, в момент не позже выключения IGBT модуля, а выключение - в зависимости от длительности коммутационных перенапряжений. Техническим результатом является защита выпрямительной установки возбуждения от коммутационных перенапряжений. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ синхронизации системы управления тяговыми преобразователями с питающим напряжением тяговой сети // 2647792

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Способ синхронизации системы управления тяговыми преобразователями с напряжением тяговой сети заключается в том, что посредством измерительного трансформатора получают сигнал, пропорциональный напряжению тяговой сети. Генераторы гармонических сигналов формируют: один – синусоиду и другой – косинусоиду с периодом, равным периоду напряжения в тяговой сети. Произведение сигнала с выхода трансформатора на сигнал генератора синусоиды подают на первый интегратор, а произведение сигнала с выхода трансформатора на сигнал генератора косинусоиды – на второй интегратор. Сигнал с выхода первого и второго интегратора подают на первый вход первого и второго сумматора соответственно, на второй вход которого подают инвертированный и задержанный на время, равное периоду напряжения тяговой сети, сигнал с выхода первого и второго интегратора соответственно. Сигналы с выходов первого и второго сумматоров умножают соответственно на сигналы генераторов синусоиды и косинусоиды, произведения суммируют третьим сумматором, получают синхронизирующий сигнал и при переходах его через ноль формируют импульсы синхронизации. Технический результат заключается в повышении точности и надежности синхронизации. 1 ил.