ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть применена на транспортных средствах с тяговыми двигателями постоянного тока, в частности на электровозах переменного тока с тяговыми двигателями пульсирующего тока.
Известен тяговый электропривод постоянного тока, который содержит источник питания, тяговый двигатель постоянного тока, два резистора, десять контакторов, индуктивный шунт (Электровоз ВЛ80С: Руководство по эксплуатации /Н.М.Васько и др. - 2-е изд.. М.: Транспорт, 1990, с.200).
Недостаток тягового электропривода: ограничение диапазона регулирования скорости из-за падения напряжения на активном сопротивлении индуктивного шунта, большие массогабаритные показатели из-за наличия индуктивного шунта, содержащего большое количество цветных металлов.
Известен тяговый электропривод постоянного тока, который содержит два источника питания, тяговый двигатель постоянного тока, биполярный транзистор с изолированным затвором, три резистора, датчики тока и напряжения, пять контакторов, блок управления (RU 65828, B60L 15/08, 2007 - прототип).
Недостаток тягового электропривода: при низких значениях тока возбуждения, напряжение на обмотке возбуждения снижается до величины меньшей напряжения насыщения биполярного транзистора с изолированным затвором, что ограничивает диапазон регулирования скорости.
Задача полезной модели - расширить диапазон регулирования скорости тягового электропривода постоянного тока, повысить его надежность за счет уменьшения числа элементов, уменьшить массогабаритные показатели.
Технический результат достигается тем, что в тяговый электропривод постоянного тока, содержащий источник питания, к плюсовой клемме
которого подключены последовательно соединенные обмотка возбуждения тягового двигателя постоянного тока, первый контактор, якорная обмотка тягового двигателя постоянного тока, датчик тока, его свободный вывод подключен к минусовой клемме источника питания, к клеммам которого подключены входы датчика напряжения, выходы датчиков тока и напряжения соединены с первым и вторым входами блока управления соответственно, первый выход которого соединен с затвором биполярного транзистора с изолированным затвором, его эммитер соединен с первым резистором, а коллектор через второй контактор - с общим выводом обмотки возбуждения тягового двигателя постоянного тока и второго резистора, свободный вывод которого соединен с общим выводом обмотки возбуждения тягового двигателя постоянного тока и первого контактора, третий резистор, в него дополнительно введен мощный полевой транзистор с изолированным затвором, его исток подключен к свободному выводу первого резистора, а сток к коллектору биполярного транзистора с изолированным затвором, второй выход блока управления соединен с затвором мощного полевого транзистора с изолированным затвором, к общему выводу обмотки возбуждения тягового двигателя постоянного тока и первого контактора подключен третий резистор, свободный вывод которого соединен с эммитером биполярного транзистора с изолированным затвором.
На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого тягового электропривода постоянного тока.
В соответствии с чертежом тяговый электропривод постоянного тока содержит источник питания 1, к плюсовой клемме которого подключены последовательно соединенные обмотка возбуждения 2 тягового двигателя постоянного тока, первый контактор 3, якорная обмотка 4 тягового двигателя постоянного тока, датчик тока 5, его свободный вывод подключен к минусовой клемме источника питания 1, к клеммам которого подключены входы датчика напряжения 6, выходы датчиков тока 5 и напряжения 6 соединены с первым и вторым входами блока управления 7 (например
ADAM-5510, Прософт краткий каталог продукции 6.0, 2001, с.47) соответственно, первый выход которого соединен с затвором биполярного транзистора с изолированным затвором 8, его эммитер соединен с первым резистором 9, а коллектор биполярного транзистора с изолированным затвором 8 через второй контактор 10 - с общим выводом обмотки возбуждения 2 тягового двигателя постоянного тока и второго резистора 11, свободный вывод которого соединен с общим выводом обмотки возбуждения 2 тягового двигателя постоянного тока и первого контактора 3, исток мощного полевого транзистора с изолированным затвором 12 подключен к свободному выводу первого резистора 9, а сток мощного полевого транзистора с изолированным затвором 12 к коллектору биполярного транзистора с изолированным затвором 8, второй выход блока управления 7 соединен с затвором мощного полевого транзистора с изолированным затвором 12, к общему выводу обмотки возбуждения 2 тягового двигателя постоянного тока и первого контактора 3 подключен третий резистор 13, свободный вывод которого соединен с эммитером биполярного транзистора с изолированным затвором 8.
Тяговый электропривод постоянного тока работает следующим образом. В режиме тяги при замкнутом контакторе 3 биполярный транзистор с изолированным затвором 8 и мощный полевой транзистор с изолированным затвором 12 выключены. Тяговый двигатель при этом работает в режиме полного возбуждения. В процессе разгона включается контактор 10, блок управления 7 формирует управляющие сигналы на первом и втором выходах, которые поступают на затворы биполярного транзистора с изолированным затвором 8 и мощного полевого транзистора с изолированным затвором 12 и открывает их. При этом тяговый двигатель переходит в режим ослабленного возбуждения так, как параллельно обмотке возбуждения 2 подключаются резисторы 9 и 13 ослабления возбуждения. Открытые биполярный транзистор с изолированным затвором 8 и мощный полевой транзистор с изолированным затвором 12 образуют цепь,
параллельную обмотке возбуждения 2. При этом напряжение, приложенное к мощному полевому транзистору с изолированным затвором 12, не может превысить напряжение насыщения биполярного транзистора с изолированным затвором 8, а ток через биполярный транзистор с изолированным затвором 8 будет ограничен включенными последовательно сопротивлениями первого резистора 9 и открытого канала мощного полевого транзистора с изолированным затвором 12. По мере увеличения скорости ток обмотки якоря 4 и токи в цепи транзисторов 8, 12 и обмотки возбуждения 2 снижаются, соответственно уменьшается падение напряжения в цепи обмотки возбуждения 2 и транзисторов 8, 12. При снижении напряжения на обмотке возбуждения 2 ниже напряжения насыщения биполярного транзистора с изолированным затвором 8 ток через транзистор 8 прекратится и дальнейшее ослабление возбуждения осуществляется только по цепи: мощный полевой транзистор с изолированным затвором 12, первый 9 и третий 13 резисторы. При набросе напряжения источника питания 1 происходит увеличение тока якорной обмотки 4, который растет значительно быстрее, чем ток в обмотке возбуждения 2, что может привести к недопустимым режимам эксплуатации тягового двигателя. Для ограничения тока якоря при набросе напряжения в цепь источника питания 1 включен датчик напряжения 6, а в цепь якоря тягового двигателя 4 - датчик тока 5. При достижении на выходах датчиков тока 5 и напряжения 6 пороговых величин блок управления 7 формирует сигнал выключения транзисторов 8 и 12. При дальнейшем снижении тока якоря до номинальной величины блок управления 7 повторно включает транзисторы 8 и 12, для предотвращения звонковой работы повторное включение транзисторов 8 и 12 осуществляется с задержкой времени. Резистор 11 служит для уменьшения переменной составляющей тока в обмотке возбуждения 2 тягового двигателя.
Предлагаемый тяговый электропривод постоянного тока реализует поставленную задачу - расширяет диапазон регулирования скорости тягового электропривода за счет включения мощного полевого транзистора с изолированным затвором, что позволяет регулировать ток возбуждения при низком падении напряжения на обмотке возбуждения тягового двигателя, повысить его надежность за счет уменьшения числа элементов на 6, при уменьшении массогабаритных показателей.