Устройство регулирования скорости электроподвижного состава

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от внешних источников энергоснабжения. Устройство включает в себя четыре тяговых двигателя постоянного тока, обмотки якорей (1)-(4) и обмотки возбуждения (11), (12), (15), (16), контакторы (6), (7), (8), (17), (19), импульсный преобразователь (10), контакторы тормозного переключателя (24), (29), тиристоры (14), (21) и GTO-тиристоры (18), (20), (21), (34). При рекуперативно-реостатном и реостатном торможении обмотки якорей (1)-(4) тяговых двигателей постоянного тока замыкаются через GTO-тиристор (34) на резистор (33). В режиме рекуперативного, рекуперативно-реостатного и реостатного торможения с последовательным и параллельным соединением групп обмоток якорей тяговые двигатели постоянного тока имеют независимое возбуждение. Достигается расширение функциональных возможностей устройства за счет реализации режимов реостатного и рекуперативно-реостатного торможения помимо режима рекуперативного торможения. 1 ил.

 

Изобретение относится к электрическим системам транспортных средств с двигателями постоянного тока, в частности, к системам регулирования скорости электровозов.

Известно устройство регулирования скорости электроподвижного состава, содержащее две группы тяговых двигателей постоянного тока, общая точка соединения якорных обмоток которых подключена к плюсовой клемме источника питания, один вывод обмотки возбуждения тягового двигателя постоянного тока второй группы подключен к минусовой клемме источника питания, ключевой элемент, вход которого подключен к общей точке соединения якорных обмоток тяговых двигателей постоянного тока первой и второй групп и вывода обмотки возбуждения первой группы тяговых двигателей постоянного тока, свободные выводы обмоток возбуждения двух групп тяговых двигателей постоянного тока соединены между собой, два резистора, один вывод первого резистора подключен к входу ключевого элемента, другой вывод подключен к общей точке соединения резисторов и выхода ключевого элемента, три ключевых элемента, вход первого дополнительного ключевого элемента подключен к выходу второго дополнительного ключевого элемента и общей точке соединения обмоток возбуждения между собой, выход первого дополнительного ключевого элемента подключен к входу второго и свободному выводу второго резистора, третий дополнительный ключевой элемент, вход которого подключен к выходу первого дополнительного ключевого элемента, два резистора, один вывод первого дополнительного резистора подключен к входу третьего дополнительного ключевого элемента, другой вывод подключен к выходу третьего дополнительного ключевого элемента и входу второго дополнительного резистора, свободный вывод которого соединен с минусовой клеммой источника питания (RU №97302, B60L 15/04, бюл. №25 от 10.09.10).

Устройство не позволяет реализовать режимы рекуперативно-реостатного и реостатного торможения в случае отсутствия потребителя энергии.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство регулирования скорости электроподвижного состава, содержащее две группы последовательно соединенных двух обмоток якорей, две группы последовательно соединенных обмоток возбуждения, один вывод которых подключен к земле, два GTO-тиристора, соединенных последовательно, причем катод первого из них подключен к земле, а анод соединен с катодом второго, анод которого соединен с первым выводом обмоток возбуждения, общая точка соединения анода и катода подключена к точке соединения групп обмоток возбуждения, первый контактор, один вывод которого подключен ко второму выводу первой группы обмоток якорей, а второй вывод соединен с первым выводом обмоток якорей второй группы, к которой подключен первый вывод второго контактора, другой вывод которого соединен с общей точкой соединения первого вывода обмоток якорей первой группы, токоприемника, вывода третьего контактора и катода первого диода, анод которого соединен с первым выводом первого контакта тормозного переключателя, второй вывод которого соединен с общей точкой соединения вывода четвертого и пятого контакторов, второго вывода второй группы обмоток якорей и анодом второго диода, катод которого подключен к точке соединения второго вывода третьего контактора и входа импульсного преобразователя, выход которого соединен с общей точкой соединения вывода первой группы обмоток возбуждения, шестого контактора, анода защитного тиристора и анода второго GTO-тиристора, катод защитного тиристора соединен с вторым выводом пятого контактора, второй вывод шестого контактора подключен к общей точке соединения второго вывода четвертого контактора, катода третьего диода и первого вывода второго контакта тормозного переключателя, другой вывод которого соединен с анодом третьего диода и первым выводом реактора, второй вывод которого подключен к общей точке соединения резистора и первого вывода быстродействующего выключателя, другой вывод которого соединен с вторым выводом резистора и землей, обратный GTO-тиристор катодом подключен в аноду второго тиристора, а анодом - к земле (RU 2013103473, B60L 15/04, бюл. №21 от 27.07.2014).

Недостаток данного устройства состоит в том, что оно не позволяет реализовать реостатное торможение в случае отсутствия потребителя необходимой мощности в тяговой сети.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет реализации режимов реостатного и рекуперативно-реостатного торможения помимо режима рекуперативного торможения.

Технический результат достигается тем, что устройство регулирования скорости электроподвижного состава, содержащее тяговые двигатели постоянного тока с последовательно соединенными попарно обмотками якорей и обмотками возбуждения, первый диод, катод которого подсоединен к общей точке соединения токоприемника, первого вывода первого контактора, первого вывода второго контактора и первого вывода первой группы обмоток якорей, другой вывод которой соединен с первым выводом третьего контактора и первым выводом четвертого контактора, другой вывод которого соединен с вторым выводом первого контактора и первым выводом второй группы обмоток якорей, другой вывод которой подключен к общей точке соединения анода второго диода, второго вывода третьего контактора, катода первого тиристора, первого вывода пятого контактора, первого вывода первого контакта тормозного переключателя, второй вывод которого соединен с анодом первого диода, катод второго диода соединен со вторым выводом второго контактора и входом импульсного преобразователя, выход которого подключен к общей точке соединения первого вывода первой группы обмоток возбуждения, анода первого тиристора, катода первого GTO-тиристора, анода второго GTO-тиристора и первого вывода шестого контактора, второй вывод которого подключен к общей точке соединения второго вывода пятого контактора, катода третьего диода, первого вывода второго контакта тормозного переключателя, второй вывод которого соединен с анодом третьего диода и первым выводом реактора, второй вывод которого соединен с первым выводом резистора и первым выводом контакта быстродействующего выключателя, второй вывод которого соединен с общей точкой соединения второго вывода резистора, второго вывода второй группы обмоток возбуждения, анода первого GTO-тиристора, катода третьего GTO-тиристора и земли, дополнительно содержит седьмой контактор, первый вывод которого соединен с первым выводом первой группы обмоток возбуждения, а второй вывод соединен с анодом третьего GTO-тиристора, первым выводом второй группы обмоток возбуждения, катодом четвертого диода и анодом второго тиристора, катод которого соединен с анодом четвертого диода, второго вывода первой группы обмоток возбуждения, катодом второго GTO-тиристора и первым выводом восьмого контактора, второй вывод которого подключен к земле, анод четвертого GTO-тиристора подключен к токоприемнику, а катод - к первому выводу второго резистора, другой вывод которого подключен к общей точке соединения второго вывода третьего контактора, катода первого тиристора, первого вывода пятого контактора, первого вывода первого контакта тормозного переключателя и анода второго диода.

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит две группы тяговых двигателей постоянного тока, первые выводы якорных обмоток 1-4 обеих групп которых подключены к контактной сети через токоприемник 5. Между вторым выводом якорных обмоток 1-2 первой группы тяговых двигателей постоянного тока и первым выводом якорных обмоток 3-4 второй группы тяговых двигателей постоянного тока подключен контактор 6, при замыкании которого якорные обмотки обеих групп тяговых двигателей постоянного тока оказываются соединенными между собой последовательно. Контактор 7 одним выводом подключен к токоприемнику 5, а другим - к общей точке соединения первого вывода якорной обмотки 3 второй группы тяговых двигателей постоянного тока и контактора 6. Контактор 8 первым выводом подключен к общей точке соединения якорной обмотки 2 первой группы тяговых двигателей постоянного тока и контактора 6, а вторым - к второму выводу якорной обмотки 4 второй группы тяговых двигателей постоянного тока. Свободные выводы якорных обмоток 1-2 и 3-4 обеих групп тяговых двигателей постоянного тока соединены между собой. При замыкании контакторов 7 и 8 якорные обмотки обеих групп тяговых двигателей постоянного тока оказываются соединенными между собой параллельно. Второй вывод якорной обмотки 4 второй группы тяговых двигателей постоянного тока соединен с анодом диода 9, катод которого подсоединен к входу импульсного преобразователя 10, выход которого подключен к первому выводу последовательно соединенных обмоток возбуждения 11-12 первой группы тяговых двигателей постоянного тока. Анод диода 13 и катод тиристора 14 соединены между собой. К аноду тиристора 14 подключен катод диода 13 и первый вывод обмоток возбуждения 15-16 второй группы тяговых двигателей постоянного тока, другой вывод которых подключен к земле. Первый вывод контактора 17 подключен к земле, а второй - к общей точке соединения второго вывода обмоток возбуждения 11-12 первой группы тяговых двигателей постоянного тока, анода диода 13, катода тиристора 14, второго вывода контактора 17 и катода GTO-тиристора 18, анод которого подключен к первому выводу обмоток возбуждения 11-12 первой группы тяговых двигателей постоянного тока. Контактор 19 одним выводом подключен к первому выводу обмоток возбуждения 11-12 первой группы тяговых двигателей постоянного тока, а другим - к общей точке соединения первого вывода обмоток возбуждения 15-16 второй группы тяговых двигателей постоянного тока, катода диода 13, анода тиристора 14 и анода GTO-тиристора 20, катод которого подключен к земле. Катод GTO-тиристора 21 подключен к аноду тиристора 22, катод которого подключен к аноду диода 9. Первый контакт контактора 23 подключен к первому выводу первого нормально замкнутого первого контакта 24 тормозного переключателя, другой вывод которого подключен к аноду диода 25, катод которого подключен к токоприемнику 5. Первый вывод контактора 26 подключен к токоприемнику 5, а другой - к общей точке соединения катода диода 9 и входа импульсного преобразователя 10. Первый вывод контактора 27 подключен к общей точке соединения второго вывода контактора 23, катода диода 28, первого вывода второго нормально замкнутого контакта 29 тормозного переключателя, другой вывод которого подключен к общей точке соединения анода диода 28 и первого вывода реактора 30, другой вывод которого подключен к первому выводу быстродействующего выключателя 31, другой вывод которого подключен к земле. Первый резистор 32 шунтирует контакты быстродействующего выключателя 31. Второй резистор 33 одним выводом подключен к общей точке соединения второго вывода обмоток якорей 3-4 второй группы тяговых двигателей постоянного тока, второго вывода контактора 8, анода диода 9, первого вывода контактора 23 и первого вывода первого нормально замкнутого контакта 24 тормозного переключателя, а вторым - к катоду GTO-тиристора 34, анод которого подключен к токоприемнику 5.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально в режиме последовательного возбуждения контактор 6 замкнут, а контакторы 7 и 8 разомкнуты. Ток якорей обеих групп тяговых двигателей постоянного тока протекает через диод 9, импульсный преобразователь 10, обмотки возбуждения 11-12 первой группы тяговых двигателей постоянного тока, диод 13, обмотки возбуждения 15-16 второй группы тяговых двигателей постоянного тока на землю. Регулирование тока в цепи осуществляется импульсным преобразователем 10. После достижения коэффициентом заполнения преобразователя значения 1 происходит размыкание контактора 6 и замыкание контакторов 7, 8 и 17, 19 при одновременном уменьшении коэффициента заполнения до 0,5. В результате обмотки якорей и обмотки возбуждения обеих групп тяговых двигателей постоянного тока оказываются соединенными параллельно. Регулирование тока в цепи обмоток якорей осуществляется импульсным преобразователем 10. Регулирование тока возбуждения осуществляется при помощи GTO-тиристоров 18 и 20, шунтирующих группы обмоток возбуждения 11-12 и 15-16 тяговых двигателей постоянного тока. GTO-тиристор 21 постоянно открыт для замыкания токов ЭДС самоиндукции. После увеличения коэффициента заполнения до 1 замыкаются контакторы 23 и 27, шунтируя импульсный преобразователь 10.

Режим подпитки током якорей реализуется путем размыкания контакторов 17 и 19. В результате обмотки возбуждения обеих групп тяговых двигателей постоянного тока оказываются соединенными между собой последовательно и через них протекает суммарный ток обеих групп обмоток якорей тяговых двигателей постоянного тока. Регулирование тока возбуждения 11-12 и 15-16 осуществляется при помощи GTO-тиристоров 18 и 20, шунтирующих группы обмоток возбуждения тяговых двигателей постоянного тока.

При независимом возбуждении контакторы 23 и 26 замкнуты, а 27 - разомкнут. В результате цепи обмоток якорей и возбуждения тяговых двигателей постоянного тока разделяются. Ток обмоток якорей обеих групп тяговых двигателей постоянного тока протекает через контактор 23, контакт тормозного переключателя 29, реактор 30 и быстродействующий выключатель 31 на землю. Обмотки возбуждения 11-12 и 15-16 обеих групп тяговых двигателей постоянного тока питаются от контактной сети через контактор 26 и импульсный преобразователь 10. Причем обмотки возбуждения 11-12 и 15-16 обеих групп тяговых двигателей постоянного тока между собой могут быть соединены как последовательно, так и параллельно. Изменение способа соединения осуществляется контакторами 17 и 19. Регулирование тока возбуждения осуществляется при помощи GTO-тиристоров 18 и 20, шунтирующих группы обмоток возбуждения 11-12 и 15-16 тяговых двигателей постоянного тока.

В режиме рекуперации контакты 24 и 29 тормозного переключателя разомкнуты, а контакторы 23 и 26 замкнуты. Питание обмоток возбуждения 11-12 и 15-16 обеих групп тяговых двигателей постоянного тока осуществляется от контактной сети через импульсный преобразователь 10, подключенный замкнутым контактором 26. Регулирование тока возбуждения осуществляется при помощи GTO-тиристоров 18 и 20, шунтирующих группы обмоток возбуждения 11-12 и 15-16 тяговых двигателей постоянного тока. Ток обмоток якорей протекает от земли через замкнутые контакты быстродействующего выключателя 31, реактор 30, диод 28, замкнутый контактор 23, последовательно или параллельно соединенные обмотки якорей 1-2 и 3-4 обеих групп тяговых двигателей постоянного тока через токоприемник 5 в контактную сеть.

В случае отсутствия потребителя требуемой мощности открывается GTO-тиристор 34 и параллельно цепи обмоток якорей подключается резистор 33 для сбора контура реостатного торможения. Регулирование тока обмоток якорей осуществляется GTO-тиристором 34, работающим в импульсном режиме. Регулирование тока возбуждения происходит аналогично режиму рекуперации.

При коротком замыкании в цепи обмоток якорей тяговых двигателей постоянного тока происходит отключение быстродействующего выключателя 31, в результате чего в цепь вводится резистор 32. Одновременно происходит включение тиристоров 14 и 22 и запирание GTO-тиристора 21. Тиристор 22 шунтирует импульсный преобразователь, снимая возбуждение с двигателей, а тиристор 14 пропускает ток короткого замыкания через обмотки возбуждения в противоположном направлении, вызывая интенсивное размагничивание тяговых двигателей постоянного тока.

По сравнению с прототипом реализованы два дополнительных режима рекуперативно-реостатного и реостатного торможения за счет включения GTO-тиристора 34 и резистора 33, подключенных параллельно двум группам якорных обмоток тяговых двигателей постоянного тока, что расширяет функциональные возможности устройства.

Устройство регулирования скорости электроподвижного состава, содержащее тяговые двигатели постоянного тока с последовательно соединенными попарно обмотками якорей и обмотками возбуждения, первый диод, катод которого подсоединен к общей точке соединения токоприемника, первого вывода первого контактора, первого вывода второго контактора и первого вывода первой группы обмоток якорей, другой вывод которой соединен с первым выводом третьего контактора и первым выводом четвертого контактора, другой вывод которого соединен с вторым выводом первого контактора и первым выводом второй группы обмоток якорей, другой вывод которой подключен к общей точке соединения анода второго диода, второго вывода третьего контактора, катода первого тиристора, первого вывода пятого контактора, первого вывода первого контакта тормозного переключателя, второй вывод которого соединен с анодом первого диода, катод второго диода соединен с вторым выводом второго контактора и входом импульсного преобразователя, выход которого подключен к общей точке соединения первого вывода первой группы обмоток возбуждения, анода первого тиристора, катода первого GTO-тиристора, анода второго GTO-тиристора и первого вывода шестого контактора, второй вывод которого подключен к общей точке соединения второго вывода пятого контактора, катода третьего диода, первого вывода второго контакта тормозного переключателя, второй вывод которого соединен с анодом третьего диода и первым выводом реактора, второй вывод которого соединен с первым выводом резистора и первым выводом контакта быстродействующего выключателя, второй вывод которого соединен с общей точкой соединения второго вывода резистора, второго вывода второй группы обмоток возбуждения, анода первого GTO-тиристора, катода третьего GTO-тиристора и земли, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит седьмой контактор, первый вывод которого соединен с первым выводом первой группы обмоток возбуждения, а второй вывод соединен с анодом третьего GTO-тиристора, первым выводом второй группы обмоток возбуждения, катодом четвертого диода и анодом второго тиристора, катод которого соединен с анодом четвертого диода, второго вывода первой группы обмоток возбуждения, катодом второго GTO-тиристора и первым выводом восьмого контактора, второй вывод которого подключен к земле, анод четвертого GTO-тиристора подключен к токоприемнику, а катод - к первому выводу второго резистора, другой вывод которого подключен к общей точке соединения второго вывода третьего контактора, катода первого тиристора, первого вывода пятого контактора, первого вывода первого контакта тормозного переключателя и анода второго диода.