Устройство регулирования скорости электроподвижного состава
Владельцы патента RU 2626779:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" (RU)
Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от внешних источников энергоснабжения. Устройство регулирования скорости включает в себя обмотку якоря и обмотку возбуждения тягового двигателя постоянного тока, статический возбудитель, последовательно соединенные токоограничивающий резистор, шунтированный быстродействующим выключателем, и реактор, два контактора, диод, три управляемых полупроводниковых ключевых элемента. Обмотка возбуждения зашунтирована в обратном направлении полностью управляемым полупроводниковым ключевым элементом. Устройство регулирования дополнительно содержит второй резистор, шунтированный полностью управляемым полупроводниковым ключевым элементом. Резистор подключен к другому выводу второго контактора и второму выводу обмотки якоря и к аноду диода. Катод диода подключен к общей точке соединения токоприемника и первого входа статического возбудителя. Технический результат заключается в повышении энергетической эффективности рекуперативно-реостатного торможения. 1 ил.
Изобретение относится к электрическим системам транспортных средств с двигателями постоянного тока, в частности к системам регулирования скорости электропоездов.
Известно устройство регулирования скорости электроподвижного состава, которое обеспечивает переход с рекуперативного торможения на реостатное при отсутствии потребителя энергии (Б.К. Просвирин. Изменения в схемах электропоездов ЭР2Т, Электрическая и тепловозная тяга, №2, 1992, с. 28-29).
Недостатком устройства является отсутствие обратного перехода на рекуперативное торможение с реостатного в случае появления потребителя энергии.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство регулирования скорости электроподвижного состава, содержащее тяговые двигатели постоянного тока, обмотки якорей и обмотки возбуждения которых соединены последовательно, статический возбудитель, последовательно соединенные первыми выводами токоограничивающий резистор, шунтированный быстродействующим контактором, и реактор, выводы которого подключены к контактам тормозного переключателя, обмотки возбуждения двигателей включены между обмотками якорей двигателей и первым выводом статического возбудителя, второй вывод которого подключен к противоположным контактам тормозного переключателя и аноду тиристора, шунтирующего возбудитель, и введен рекуперативный диод, шунтированный нормально открытым контактом переключателя рекуперативного торможения и присоединенный анодом к второму выводу токоограничивающего резистора, а катодом - к соединению обмоток якорей тяговых двигателей и их обмоток возбуждения, импульсный регулятор, первый контактор, один вывод которого подключен к 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).
Недостатком данного устройства является отсутствие рекуперативно-реостатного торможения в случае исчезновения потребителя энергии.
Задача изобретения - повышение энергетической эффективности рекуперативно-реостатного торможения за счет обратного перехода на рекуперативное торможение при повторном появлении потребителя.
Технический результат достигается тем, что устройство регулирования скорости электроподвижного состава, содержащее тяговый двигатель постоянного тока, обмотка якоря и обмотка возбуждения которого соединены последовательно, статический возбудитель, последовательно соединенные первыми выводами первый токоограничивающий резистор, шунтированный быстродействующим выключателем, и реактор, обмотка возбуждения тягового двигателя зашунтирована в обратном направлении полностью управляемым полупроводниковым ключевым элементом, анод которого и первый вывод обмотки возбуждения подключены к «земле», а катод подключен к общей точке соединения анода защитного тиристора, первого вывода первого контактора и первого выхода статического возбудителя, дополнительно содержит второй резистор, шунтированный полностью управляемым полупроводниковым ключевым элементом и подключенный к другому выводу второго контактора и второму выводу обмотки якоря и к аноду диода, катод которого подключен к общей точке соединения токоприемника и первого входа статического возбудителя, первый выход которого подключен к земле, второй выход статического возбудителя подключен к общей точке соединения другого вывода реактора, катода второго полностью управляемого полупроводникового ключевого элемента, катода первого тиристора, первого вывода обмотки якоря и вывода первого контактора, анод первого тиристора подключен к общей точке соединения второго входа статического возбудителя, второго вывода обмотки возбуждения, другого вывода первого контактора и катода второго тиристора, анод которого подключен к земле, выходы статического возбудителя имеют между собой гальваническую развязку.
На чертеже приведена схема устройства.
Устройство содержит тяговый двигатель постоянного тока, обмотка якоря которого 1 подключена к контактной сети через резистор 2, контактор 3 и токоприемник 4. К общей точке соединения первого вывода обмотки якоря 1, первого вывода резистора 2 и анода диода 5 подключен катод полностью управляемого полупроводникового ключевого элемента 6, анод которого подключен к общей точке соединения анода второго полностью управляемого полупроводникового ключевого элемента 7, второго вывода резистора 2 и первого вывода контактора 3. Второй вывод контактора 3 подключен к общей точке соединения токоприемника 4, катода диода 5 и первого входа статического возбудителя 8. Другой вывод обмотки якоря 1 подключен к общей точке соединения первого вывода контактора 9, катода защитного тиристора 10, первого вывода реактора 11, катода второго полностью управляемого полупроводникового ключевого элемента 7 и второго входа статического возбудителя 8. Второй вывод реактора 11 подключен к первому выводу токоограничивающего резистора 12, другой вывод которого подключен к общей точке соединения анода полностью управляемого полупроводникового ключевого элемента 13, первого вывода обмотки возбуждения 14, первого выхода статического возбудителя 8 и «земли». Токоограничивающий резистор 12 шунтирован контактами быстродействующего выключателя 15. Второй вывод обмотки возбуждения 14 подключен к общей точке соединения второго выхода статического возбудителя 8, анода защитного тиристора 10, катода полностью управляемого полупроводникового ключевого элемента 13, второго вывода контактора 9.
В качестве полностью управляемых полупроводниковых ключевых элементов используются GTO-тиристоры или IGBT-транзисторы. Статический возбудитель может быть выполнен по схеме многозвенного преобразователя для питания вспомогательных потребителей электроподвижного состава (Штибен Г.А., Кулинич Ю.М. Выбор перспективной схемы питания собственных нужд электровозов постоянного тока. Вестник ВНИИЖТ, №5, 1985, с. 17-21).
Устройство работает следующим образом.
Первоначально в режиме тяги с последовательным возбуждением контактор 3 замкнут. Ток тягового двигателя протекает от токоприемника 4 через контактор 3, резистор 2, обмотку якоря 1, контактор 9 и обмотку возбуждения 14 на «землю». Регулирование тока в цепи осуществляется первым полностью управляемым полупроводниковым ключевым элементом 6, работающим в импульсном режиме.
В режиме тяги с независимым возбуждением контактор 9 разомкнут. В результате цепи обмоток якоря 1 и возбуждения 14 разделяются. Ток якоря протекает от токоприемника 4 через контактор 3, резистор 2, обмотку якоря 1, реактор 11, быстродействующий выключатель 15 на «землю». Регулирование тока в цепи обмотки якоря осуществляется аналогично режиму последовательного возбуждения. Обмотка возбуждения 14 получает питание от токоприемника 4 через статический возбудитель 8, первый вход которого подключен к токоприемнику 4, а первый выход - к «земле». Ток возбуждения протекает от второго выхода статического возбудителя 8 через обмотку возбуждения 14, контакты быстродействующего выключателя 15, реактор 11 к второму входу статического возбудителя 8. Входы и выходы статического возбудителя 8 имеют гальваническую развязку. Регулирование тока в цепи осуществляется посредством статического возбудителя 8. Ток ЭДС самоиндукции обмотки возбуждения 14 замыкается через открытый полностью управляемый полупроводниковый ключевой элемент 13.
В режиме рекуперации контакторы 3 и 9 разомкнуты. Питание обмотки возбуждения 14 осуществляется аналогично режиму тяги с независимым возбуждением.
Ток рекуперации протекает от «земли» через замкнутые контакты быстродействующего выключателя 15, реактор 11, обмотку якоря 1, диод 5 и токоприемник 4 в контактную сеть.
При отсутствии потребителя и невозможности рекуперативного торможения происходит его замещение реостатным. Цепь тока возбуждения остается прежней. Ток якоря протекает от обмотки якоря 1 через резистор 2 и второй полностью управляемый полупроводниковый ключевой элемент 7. Регулирование тока в цепи осуществляется вторым полностью управляемым полупроводниковым ключевым элементом 7, работающим в импульсном режиме. В случае появления потребителя цепь реостатного контура размыкается полностью управляемым полупроводниковым ключевым элементом 7 и вновь происходит рекуперативное торможение. При невозможности отдачи всей рекуперируемой энергии в сеть происходит рекуперативно-реостатное торможение посредством регулирования тока в цепи контура реостатного торможения.
При коротком замыкании происходит отключение быстродействующего выключателя 15, в результате чего в цепь вводится токоограничивающий резистор 12. Одновременно происходит выключение полностью управляемого полупроводникового ключевого элемента 13 и включение защитного тиристора 10. В результате прекращается питание обмотки возбуждения 14 от статического возбудителя 8. Также открытый защитный тиристор 10 пропускает ток короткого замыкания через обмотку возбуждения 14 в противоположном направлении, вызывая ее интенсивное размагничивание.
По сравнению с прототипом устройство позволяет осуществить обратный переход на рекуперативное торможение в случае повторного появления потребителя за счет полностью управляемого полупроводникового ключевого элемента 7, который обеспечивает регулирование сопротивления резистора в контуре реостатного торможения, что обеспечивает повышение энергетической эффективности.
Устройство регулирования скорости электроподвижного состава, содержащее обмотку якоря и обмотку возбуждения тягового двигателя постоянного тока, соединенные последовательно, статический возбудитель, последовательно соединенные первыми выводами первый токоограничивающий резистор, шунтированный быстродействующим выключателем, и реактор, обмотка возбуждения тягового двигателя зашунтирована в обратном направлении полностью управляемым полупроводниковым ключевым элементом, анод которого и первый вывод обмотки возбуждения подключены к земле, а катод подключен к общей точке соединения анода защитного тиристора, первого вывода первого контактора и первого выхода статического возбудителя, отличающееся тем, что дополнительно содержит второй резистор, шунтированный полностью управляемым полупроводниковым ключевым элементом и подключенный к другому выводу второго контактора и второму выводу обмотки якоря и к аноду диода, катод которого подключен к общей точке соединения токоприемника и первого входа статического возбудителя, первый выход которого подключен к земле, второй выход статического возбудителя подключен к общей точке соединения другого вывода реактора, катода второго полностью управляемого полупроводникового ключевого элемента, катода первого тиристора, первого вывода обмотки якоря и вывода первого контактора, анод первого тиристора подключен к общей точке соединения второго входа статического возбудителя, второго вывода обмотки возбуждения, другого вывода первого контактора и катода второго тиристора, анод которого подключен к земле, выходы статического возбудителя имеют между собой гальваническую развязку.
