Устройство ослабления магнитного поля тягового электродвигателя электровоза переменного тока

Авторы патента:

Линьков Алексей Олегович (RU)

Мельниченко Олег Валерьевич (RU)

Яговкин Дмитрий Андреевич (RU)

Шрамко Сергей Геннадьевич (RU)

Волчек Татьяна Витальевна (RU)

Портной Александр Юрьевич (RU)

H02P7/10 - только с изменением возбуждения

B60L9/08 - с питанием от линий энергоснабжения переменного тока

B60L15/08 - импульсного тока

Владельцы патента RU 2700243:

Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (RU)

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Устройство ослабления магнитного поля тягового электродвигателя электровоза переменного тока состоит из последовательно включенных диода и IGBT-транзистора, защитного диода, подключенного к положительной шине питания двигателя, драйвера IGBT-транзистора, датчика тока, размещенного в цепи якорной обмотки тягового двигателя, датчика напряжения, включенного в обмотку собственных нужд силового трансформатора. Причем вход драйвера подключен к системе управления шунтирования поля, а выход – к IGBT-транзистору. Последовательно соединенные диод и IGBT-транзистор подключены параллельно обмотке возбуждения, а второй диод подключен к обмотке якоря тягового электродвигателя. При этом система управления формирует импульсы управления IGBT-транзистора по критерию максимального коэффициента мощности электровоза. Технический результат заключается в повышении коэффициента мощности электровоза, снижении коэффициента искажения синусоидальности тока и снижении расхода электрической энергии. 1 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть применено на транспортных средствах с тяговыми двигателями пульсирующего тока.

Уровень техники

В настоящее время на всех отечественных электровозах переменного тока при использовании системы ослабления поля (ОП) тягового электродвигателя (ТЭД) наблюдается низкий коэффициент мощности, что вызывает увеличение тока, потребляемого электровозом. При этом требуется повышать типовую мощность трансформатора электровоза для создания необходимой силы тяги, а также возникают дополнительные потери в тяговой сети. В связи с этим задача совершенствования системы ОП ТЭД является актуальной, так как позволит повысить энергетические показатели электровоза.

Известно устройство регулирования ослабления магнитного потока ТЭД, состоящее из двух резисторов ослабления поля, трех контакторов (образующих три ступени ослабления поля) и индуктивного шунта, предназначенного для исключения бросков тока и облегчения условий коммутации ТЭД при включении режима ослабления поля, колебаниях напряжения в контактной сети или его восстановлении после кратковременного снятия (Электровоз магистральный 2ЭС5К (ЗЭС5К). Руководство по эксплуатации. Книга 1. Описание и работа. Электрические схемы. ОАО «ВЭлНИИ», 2006 г., 339 с). Обмотки возбуждения двигателей частично шунтируют резисторами (ослабляют магнитное поле), а последовательно с шунтирующим резистором включают индуктивный шунт. Чтобы получить несколько ступеней ОП ТЭД электровоза, необходимо изменить сопротивление шунтирующего резистора с помощью соответствующих контакторов. В настоящее время данное устройство применяется на всех отечественных электровозах. Недостатком такой системы ослабления поля тягового электродвигателя электровоза является то, что при работе электровоза существенно искажается форма кривой тока тяговой сети вызывая повышенный расход электрической энергии на тягу поездов. Переключение с полного поля ТЭД на ослабленное происходит ступенчато, что всегда сопровождается резким увеличением тока электровоза. Также в цепь шунтирующего резистора необходимо включать медесодержащий индуктивный шунт, который обладает значительной массой и габаритами.

Известно устройство системы ослабления поля тягового электродвигателя, которое содержит четыре диода, семь контакторов, конденсатор, датчик тока, два биполярных транзистора, дроссель, программируемый резистор. (RU 62359, B60L 7/22, B60L 15/04, 10.04.2007). Техническим недостатком устройства является то, что коэффициент мощности электровоза остается неизменным. Дополнительные элементы увеличивают массогабаритные показатели электровоза и понижают надежность устройства.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство ослабления поля тягового электродвигателя электровоза, который содержит резистор ослабления поля, контактор, IGBT-транзистор, датчик тока, датчик напряжения, микропроцессорный блок управления (RU 2493982, B60L 15/08, 27.09.2013). Регулирование скорости осуществляется, за счет того, что в определенный момент полупериода сетевого напряжения обмотка возбуждения шунтируется резистором за счет включения IGBT-транзистора. В этот момент времени происходит уменьшение поля возбуждения, уменьшение эквивалентного сопротивления якоря и увеличение тока двигателя. Достоинством данного устройства являются повышение коэффициента мощности электровоза в режиме ослабления поля тягового электродвигателя. Недостатком устройства является то, что не достигается максимально возможный коэффициент мощности и не реализована защита IGBT-транзистора от выброса напряжения при коммутации индуктивной нагрузки.

Технический результат заключается в повышении коэффициента мощности электровоза, снижении коэффициента искажения синусоидальности тока и снижении расхода электрической энергии.

Раскрытие сущности изобретения

Предлагаемое устройство ослабления магнитного поля тягового электродвигателя электровоза переменного тока, состоит из последовательно включенных диода и IGBT-транзистора, защитного диода, подключенного к положительной шине питания двигателя, драйвера IGBT-транзистора, причем вход драйвера подключен к системе управления шунтирования поля, а выход - к IGBT-транзистору, датчика тока, размещенного в цепи якорной обмотки тягового двигателя, датчика напряжения, включенного в обмотку собственных нужд силового трансформатора, отличающееся тем, что последовательно соединенные диод и IGBT-транзистор подключены параллельно обмотке возбуждения, а второй диод подключен к обмотке якоря тягового электродвигателя, при этом система управления формирует импульсы управления IGBT-транзистора по критерию максимального коэффициента мощности электровоза.

Краткое описание чертежей

На фигуре представлено устройство ослабления магнитного поля тягового электродвигателя для электровозов переменного тока.

Осуществление изобретения

Устройство ослабления магнитного поля тягового электродвигателя электровоза переменного тока включает якорную обмотку 1, обмотку возбуждения 3, последовательно включенные диод 5 и IGBT-транзистор 6, драйвер IGBT-транзистора 7, причем вход драйвера подключен к системе управления шунтирования поля 10, а выход - к IGBT-транзистору 6, диод 4, который катодом подключен к положительной шине питания двигателя, а анодом к аноду диода 5, якорной обмотке 1, датчику тока 2 и служит для защиты IGBT-транзистора от выбросов напряжения при коммутации индуктивной нагрузки, датчик тока 2, размещенный в цепи якорной обмотки тягового двигателя 1 измеряет ток протекающий в цепи, датчик напряжения 9, включенный в обмотку собственных нужд силового трансформатора 8 предназначен для синхронизации силовых цепей и цепей управления. Последовательно соединенные диод 5 и IGBT-транзистор 6 подключены параллельно обмотке возбуждения 3, а диод 4 подключен к обмотке якоря тягового электродвигателя 1, при этом система управления 10 по сигналам датчика тока 2 и датчика напряжения 9 формирует импульсы управления IGBT-транзистором 6 по критерию максимального коэффициента мощности электровоза, который осуществляется за счет того что управляющий импульс на IGBT-транзистор 6 подается на интервале полупериода сетевого напряжения соответствующего потреблению активной энергии, благодаря этому реактивная составляющая полной энергии после выключения IGBT-транзистора уменьшается. При возникновении аварийного режима подача импульсов не осуществляется, и работа схемы организуется в режиме полного поля.

Устройство ослабления магнитного поля тягового электродвигателя электровоза переменного тока, состоящее из последовательно включенных диода и IGBT-транзистора, защитного диода, подключенного к положительной шине питания двигателя, драйвера IGBT-транзистора, причем вход драйвера подключен к системе управления шунтирования поля, а выход - к IGBT-транзистору, датчика тока, размещенного в цепи якорной обмотки тягового двигателя, датчика напряжения, включенного в обмотку собственных нужд силового трансформатора, отличающееся тем, что последовательно соединенные диод и IGBT-транзистор подключены параллельно обмотке возбуждения, а второй диод подключен к обмотке якоря тягового электродвигателя, при этом система управления формирует импульсы управления IGBT-транзистора по критерию максимального коэффициента мощности электровоза.

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Способ управления мощностью силового агрегата электромобиля изменением магнитного потока в статорном магните обратимой электрической машины заключается в том, что для задания угловой скорости вала обратимой электрической машины система управления коммутатором подключает соответствующее задаваемой угловой скорости вала обратимой электрической машины количество групп витков катушки намагничивания статорного магнита к аккумулятору.

Способ управления темпом рекуперативного торможения электромобиля изменением магнитного потока в статорном магните обратимой электрической машины // 2659129

Изобретение относится к электродинамическим тормозным системам для транспортных средств. Способ управления темпом рекуперативного торможения электромобиля заключается в изменении магнитного потока в статорном магните обратимой электрической машины, при этом при минимальном темпе торможения система управления коммутатором подключает одну группу витков катушки намагничивания статорного магнита к противоположному полюсу аккумулятора, а для максимального темпа торможения система управления коммутатором подключает все катушки намагничивания последовательно к аккумулятору.

Устройство для переключения обмотки возбуждения и дополнительной обмотки электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения // 2627688

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигателями постоянного тока. Техническим результатом является повышение стабильности работы электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения; сокращение простоев бурового оборудования в ожидании ремонта или замены электродвигателя.

Способ управления потоком возбуждения электродвигателя постоянного тока в системе двухзонного регулирования скорости // 2457611

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в тиристорных электроприводах постоянного тока с двухзонным регулированием скорости, работающих с ударным изменением нагрузки, преимущественно в электроприводах широкополосных станов горячей прокатки.

Способ регулирования механически коммутируемого электродвигателя // 2387073

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования механичеки коммутируемого электродвигателя постоянного тока или универсального двигателя.

Угольный регулятор тока // 251061

Устройство для возбуждения сйнхроннбй машины // 247383

Патент 160744 // 160744

Способ управления потоком возбуждения электрических машин // 150908

Способ регулирования скорости вращения электродвигателя постоянного тока // 109352

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Тяговый электропривод постоянного тока // 2450941

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

Система тягового электропитания для высокоскоростного поезда и его бортовая система аккумулирования энергии и разряда // 2700238

Группа изобретений относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Система тягового электропитания для высокоскоростного поезда содержит бортовое устройство электропитания, которое содержит бортовую цепь электропитания привода и вспомогательного электропитания, а также бортовую цепь аккумулирования энергии и разряда.