ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА

Полезная модель относится к области транспорта, и может быть использована в тяговых электроприводах электропоездов 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 2215660 C1, B60L 7/12, 10.11.03).
К недостаткам данного тягового электропривода относятся невысокий коэффициент полезного действия из-за наличия входного LC-фильтра, постоянно включенных преобразователя напряжения, сглаживающих реакторов, шунтирующих резисторов, включенных параллельно обмоткам возбуждения тяговых электродвигателей, а также недостаточно высокая надежность, обусловленная относительной сложностью средств регулирования скорости вращения якорей тяговых электродвигателей, и довольно значительная масса электрооборудования.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является тяговый электропривод постоянного тока, содержащий последовательно соединенные группы тяговых двигателей постоянного тока, каждая из которых подключена посредством диода и подсоединенного к нему контакта тормозных переключателей к источнику питания, обмотки возбуждения которых подключены к возбудителям, цепи пусковых резисторов с шунтирующими контактами тормозных переключателей, включенные между первой и второй группами тяговых двигателей постоянного тока, прочие контакты тормозных переключателей, диод, включенный между первой группой тяговых двигателей и заземляющим устройством (В.Д.Тулупов, Ю.А.Кирюхин, Ю.А.Карпов, А.П.Марченков, А.С.Назаров, М.В.Перевалова, «Возможности резкого улучшения энергетических показателей электропоездов», Железнодорожный транспорт, №6, 2003, с.45-51, рис.1).
Недостатком данного технического решения является дублирование части коммутационной аппаратуры и пуско-тормозных резисторов, что приводит к увеличению габаритов и массы комплекта электрооборудования, а также к увеличению объема работ по его техническому обслуживанию.
Техническая задача, решаемая заявляемой полезной моделью, состоит в упрощении комплекта электрооборудования, сокращении его габаритов и массы, что приведет к техническому результату в виде сокращения расхода энергии и затрат на эксплуатацию.
Технический результат достигается тем, что в известном тяговом электроприводе, содержащем две группы тяговых двигателей постоянного тока, каждая из которых подключена посредством первого и второго диодов и подсоединенных к ним контактов тормозного переключателя к источнику питания, обмотки возбуждения тяговых двигателей постоянного тока, подключенные к возбудителям, пусковые резисторы с шунтирующими контактами тормозного переключателя, третий диод, включенный между первой группой тяговых двигателей и заземляющим устройством, согласно полезной модели, количество пусковых резисторов выбрано равным количеству групп тяговых двигателей постоянного тока, каждый из переключающих выводов обеих групп пусковых резисторов подсоединен к якорным обмоткам тяговых двигателей постоянного тока своей группы, при этом в первой группе он подсоединен между якорными обмотками и третьим диодом, а во второй - между вторым диодом и якорными обмотками второй группы тяговых двигателей, пусковые резисторы соединены между собой через первый контактор, а другие выводы пусковых резисторов через второй и третий контакторы подключены к контактам тормозного переключателя.
На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого устройства.
Предлагаемое устройство содержит источник питания 1, подсоединенные к нему через первый 2 и второй 3 диоды группы тяговых двигателей постоянного тока 4 и 5, обмотки возбуждения 6 и 7 которые подключены к возбудителям 8 и 9, параллельно первому диоду 2 подсоединенный контакт тормозного переключателя 10, с первой группой тяговых двигателей 4 и второй группой тяговых двигателей 5 соединены пусковые резисторы 11 и 12 соответственно, с шунтирующими контактами тормозного переключателя 13 и 14, выводы пусковых резисторов 11 и 12 соединены между собой через первый контактор 15, каждый из переключающих выводов обеих групп пусковых резисторов 11 и 12 подсоединен к якорной обмотке тяговых двигателей постоянного тока своей группы, причем, в первой группе (пусковой резистор 11 и первая группа тяговых двигателей 4) он подсоединен между якорными обмотками 4 и третьим диодом 16, положительный вывод которого подключен заземляющему устройству 17 а во второй группе (пусковой резистор 12 и вторая группа тяговых двигателей 5) - между вторым диодом 3 и якорными обмотками 5, другие выводы пусковых резисторов 11 и 12 через второй 18 и третий 19 контакторы подключены к контактам тормозного переключателя 20, 21 и 22, 23 соответственно.
Тяговый электропривод постоянного тока в режиме тяги работает следующим образом. При подготовке схемы к включению режима тяги включаются коммутирующие элементы 10, 15, 21, 22, остальные коммутирующие элементы разомкнуты. После включения источника питания 1, создается цепь протекания пускового тока: источник питания 1, контакт тормозного переключателя 10, первая группа тяговых двигателей 4, переключающий вывод пускового резистора 11, пусковой резистор 11, первый контактор 15, пусковой резистор 12, переключающий вывод пускового резистора 12, вторая группа тяговых двигателей 5, заземляющее устройство 17. С помощью возбудителей 8, 9 создается требуемое тяговое усилие. В процессе разгона пусковые резисторы 11 и 12 выводятся из цепи тока якорей, после этого включаются второй 18 и третий 19 контакторы, а первый контактор 15 размыкается. Создаются две независимые цепи для обеих групп тяговых двигателей 4 и 5. Первая цепь: источник питания 1, контакт тормозного переключателя 10, первая группа тяговых двигателей 4, переключающий вывод пускового резистора 11, пусковой резистор 11, второй контактор 18, контакт тормозного переключателя 21, заземляющее устройство 17. Вторая цепь: источник питания 1, контакт тормозного переключателя 22, третий контактор 19, пусковой резистор 12, переключающий вывод пускового резистора 12, вторая группа тяговых двигателей 5, заземляющее устройство 17. После вывода пусковых резисторов 11 и 12 дальнейший разгон осуществляется за счет ослабления возбуждения тяговых двигателей обеих групп 4 и 5 с помощью возбудителей 8 и 9.
Тяговый электропривод постоянного тока в режиме торможения работает следующим образом. При подготовке схемы к включению режима торможения включаются коммутирующие элементы 13, 14, 20, 23, остальные коммутирующие элементы разомкнуты. В начале торможения образуется две независимые цепи для каждой группы тяговых двигателей 4, 5. После включения источника питания 1, создаются цепи протекания тормозного тока первой группы тяговых двигателей 4: заземляющее устройство 17, диод 16, первая группа тяговых двигателей 4, диод 2, источник питания 1; второй группы тяговых двигателей 5: заземляющее устройство 17, вторая группа тяговых двигателей 5, диод 3, источник питания 1. Требуемое тормозное усилие создается с помощью возбудителей 8 и 9. После исчерпания возможностей поддержания требуемого тормозного усилия, происходит включение первого контактора 15, образуется цепь тормозного тока: заземляющее устройство 17, вторая группа тяговых двигателей 5, переключающий вывод пускового резистора 12, часть пускового резистора 12, первый контактор 15, часть пускового резистора 11, переключающий вывод пускового резистора 11, первая группа тяговых двигателей 4, диод 2, источник питания 1. По мере снижения скорости происходит вывод пусковых резисторов 11 и 12 из цепи тормозного тока и поддержание величины тормозного усилия за счет возбудителей 8 и 9. При дальнейшем снижении скорости, либо при невозможности приема электрической энергии источником питания 1, для поддержания тормозного усилия, включаются второй 18 и третий 19 контакторы, а первый 15 отключается. Образуются две независимые цепи тормозного тока. Первая цепь: первая группа тяговых двигателей 4, контакт тормозного переключателя 20, второй контактор 18, контакт тормозного переключателя 13, часть пускового резистора 11, переключающий вывод пускового резистора 11, первая группа тяговых двигателей 4. Вторая цепь: вторая группа тяговых двигателей 5, переключающий вывод пускового резистора 12, часть пускового резистора 12, контакт тормозного переключателя 14, третий контактор 19, контакт тормозного переключателя 23, вторая группа тяговых двигателей 5. Процесс торможения заканчивается при уменьшении пусковых резисторов 11 и 12 до минимально допустимой величины.
Таким образом, в сравнении с прототипом уменьшено количество электрооборудования при сохранении относительной простоты схемы и возможности использования основного электрооборудования прототипа.
В предлагаемом устройстве могут быть применены элементы, освоенные и производящиеся промышленностью. В каждой группе может быть два или четыре тяговых двигателя. Примеры тяговых двигателей: для первого варианта - 1ДТ-17К, для второго варианта - 1ДТ.003.8. В качестве диодов 2, 3, 16 можно использовать вентили ДЛ153-1250-28. Для первого 15, второго 18 и третьего 19 контакторов можно использовать контакторы 1КП.005.09. В качестве возбудителей 8 и 9 можно использовать либо серийные возбудители на тиристорах Т161-160-6-42, либо аналоги, выполняющие те же функции. В качестве переключателя величины пусковых резисторов можно использовать реостатные контроллеры на основе 1КС.009.1 или другие аппараты (в том числе с полупроводниковыми элементами), разработанные для этих целей. В качестве тормозного переключателя (контакты 10, 13, 14, 20, 21, 22, 23) можно использовать переключатель на основе 1П.004. В качестве пусковых резисторов можно использовать блоки сопротивлений типов 1БС.085…1БС.087.