ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА
DC TRACTION DRIVE

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам для регулирования двигателей постоянного тока последовательного возбуждения.
Известен тяговый электропривод постоянного тока [Болдов Н.А., Степанов А.Д. Теплоэлектрический подвижной состав. - М.: Транспорт, 1968, с. 342, рис. 245], содержащий электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением, подключенный встречно-параллельно с первым диодом и последовательно с первым преобразователем постоянного напряжения к общей точке схемы, аккумуляторную батарею, включенную последовательно со вторым преобразователем постоянного напряжения и два ключевых элемента, первые выводы которых соединены, причем второй вывод первого ключевого элемента подключен через токосъемник к контактной сети.
Недостатками известного тягового электропривода постоянного тока является низкая надежность его работы при исчезновении или снижении уровня напряжения в контактной сети ниже уровня напряжения аккумуляторной батареи и при коротком замыкании в питающей сети, а также повышенные потери электроэнергии и низкое качество напряжения, подводимое к электродвигателю постоянного тока с последовательным возбуждением.
В качестве прототипа выбран известный тяговый электропривод постоянного тока [SU 1534728 Al, Н02Р 5/06, опубл. 07.01.1990. Бюл. №1], содержащий электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением, подключенный встречно-параллельно с первым диодом и последовательно с первым преобразователем постоянного напряжения к общей точке схемы, аккумуляторную батарею, включенную последовательно со вторым преобразователем постоянного напряжения, второй диод, анод которого подключен к положительной клемме аккумуляторной батареи и положительному выводу второго преобразователя постоянного напряжения, к отрицательному выводу которого подключены катод второго диода и катод третьего диода, анод которого через токосъемник подключен к контактной сети, а отрицательная клемма аккумуляторной батареи подключена к общей точке схемы.
Недостатками данного тягового электропривода постоянного тока являются низкие энергетические и регулировочные показатели при исчезновении или отклонении уровня напряжения в контактной сети ниже уровня напряжения аккумуляторной батареи из-за значительных пульсаций напряжения, подводимого к электродвигателю постоянного тока с последовательным возбуждением.
Технической задачей предложенного изобретения является повышение качества напряжения, подводимого к двигателю постоянного тока с последовательным возбуждением при его питании от аккумуляторной батареи.
Технический результат - улучшение энергетических и регулировочных показателей тягового электропривода постоянного тока.
Поставленная задача решается тем, что в тяговый электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением, подключенный встречно-параллельно с первым диодом и последовательно с первым преобразователем постоянного напряжения к общей точке схемы, аккумуляторную батарею, включенную последовательно со вторым преобразователем постоянного напряжения, второй диод, анод которого подключен к положительной клемме аккумуляторной батареи и к положительному выводу второго преобразователя постоянного напряжения, к отрицательному выводу которого подключены катод второго диода и катод третьего диода, анод которого через токосъемник подключен к контактной сети, а отрицательная клемма аккумуляторной батареи подключена к общей точке схемы, согласно изобретению, введен третий преобразователь постоянного напряжения, положительный вывод которого подключен к аноду второго диода, а аккумуляторная батарея выполнена в виде последовательно соединенных первой и второй секций, общая клемма которых подключена к отрицательному выводу третьего преобразователя постоянного напряжения.
Далее сущность предлагаемого изобретения поясняется с помощью фигуры, на которой показана блок-схема тягового электропривода постоянного тока.
Тяговый электропривод постоянного тока содержит электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением 1, подключенный встречно-параллельно с первым диодом 2 и последовательно с первым преобразователем постоянного напряжения 3 к общей точке схемы 4, аккумуляторную батарею 5, выполненную в виде последовательно соединенных первой 6 и второй 7 секций, снабженных общей клеммой 8, и включенную последовательно со вторым преобразователем постоянного напряжения 9, второй диод 10, анод которого подключен к положительной клемме аккумуляторной батареи 5 и к положительному выводу второго преобразователя постоянного напряжения 9, к отрицательному выводу которого подключены катод второго диода 10 и катод третьего диода 11, анод которого через токосъемник 12 подключен к контактной сети 13, третий преобразователь постоянного напряжения 14, положительный вывод которого подключен к аноду второго диода 10, а отрицательный вывод третьего преобразователя постоянного напряжения 14 подключен к общей клемме 8 первой 6 и второй 7 секций аккумуляторной батареи 5. Отрицательная клемма аккумуляторной батареи 5 подключена к общей точке схемы 4.
Тяговый электропривод постоянного тока работает следующим образом.
При наличии напряжения в контактной сети 13, близкого по величине к номинальному значению, электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением 1 получает питание по цепи: контактная сеть 13 → токосъемник 12 → третий диод 11 → якорная цепь электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением 1 → первый преобразователь постоянного напряжения 3 → общая точка схемы 4.
Тяговый режим при установившейся скорости и при ее регулировании тягового электропривода постоянного тока производится широтно-импульсным способом регулирования (ШИР) первым преобразователем постоянного напряжения 3 путем изменения напряжения, подводимого к якорной цепи электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением 1.
Если в тяговом режиме напряжение на выходных клеммах аккумуляторной батареи 5 оказывается меньше заданного напряжения, происходит подзаряд аккумуляторной батареи 5 от контактной сети 13 по цепи: контактная сеть 13 → токосъемник 12 → третий диод 11 → второй преобразователь постоянного напряжения 9 → аккумуляторная батарея 5 → общая точка схемы 4. Величина тока подзаряда аккумуляторной батареи 5 регулируется вторым преобразователем постоянного напряжения 9 способом ШИР.
C
1
2
C
1
2
1
2
При потере напряжения в контактной сети 13 или его снижении до величины, меньшей величины напряжения на выходных клеммах аккумуляторной батареи 5, третий диод 11 запирается. В этом режиме питание электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением 1 осуществляется от аккумуляторной батареи 5 поочередно по двум цепям за цикл T, который включает первый t и второй t интервалы времени (T=t+t). В течение первого интервала времени t источником электроэнергии является вся аккумуляторная батарея 5 и ток протекает по цепи: положительная клемма аккумуляторной батареи 5 (положительная клемма первой секции 6 аккумуляторной батареи 5) → второй диод 10 → якорная цепь электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением 1 → первый преобразователь постоянного напряжения 3 → отрицательная клемма второй секции 7 аккумуляторной батареи 5. К электродвигателю 1 прикладывается полное выходное напряжение аккумуляторной батареи 5. В течение второго интервала времени t источником электроэнергии является только вторая секция 7 аккумуляторной батареи 5 (ее аккумуляторы подключены между общей точкой схемы 4 и общей клеммой 8 первой 6 и второй 7 секций аккумуляторной батареи 5). Во втором интервале цикла ток будет протекать по цепи: общая клемма 8 первой 6 и второй 7 секций аккумуляторной батареи 5 → третий преобразователь постоянного напряжения 14 → второй диод 10 → якорная цепь электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением 1 → первый преобразователь постоянного напряжения 3 → отрицательная клемма аккумуляторной батареи 5 (отрицательная клемма второй секций 7 аккумуляторной батареи 5). В этом интервале напряжение, подводимое к электродвигателю 1, будет меньше напряжения на всей аккумуляторной батарее 5. Следовательно, в течение цикла напряжение, подводимое к якорной цепи электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением 1 будет иметь 2 две ступени, равные полному напряжению на выходных клеммах аккумуляторной батареи 5 и неполному напряжению между отрицательной клеммой аккумуляторной батареи 5 и общей клеммой 8 (первой 6 и второй 7 секций аккумуляторной батареи 5). Поэтому напряжение, подводимое к якорной цепи, станет пульсирующим, а не прерывистым, как в известных схемах тягового электропривода постоянного тока и, следовательно, более качественным. Управление тяговым электроприводом постоянного тока, включая регулирование скорости, производится третьим преобразователем постоянного напряжения 14 широтно-импульсным способом регулирования.
В результате заявленного технического решения тяговый электропривод постоянного тока при аварийных режимах в контактной сети, вызывающих потерю или посадку напряжения, будет иметь более высокие энергетические и регулировочные показатели, уменьшатся колебания скорости и момента, улучшится электромагнитная совместимость электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением с аккумуляторной батареей.