СИЛОВАЯ ЦЕПЬ КОНТАКТНО-АККУМУЛЯТОРНОГО ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Полезная модель относится к области электрического транспорта с питанием тяговых электродвигателей постоянного тока, как от контактной сети постоянного тока, так и от бортовой аккумуляторной батареи при отсутствии напряжения в контактной сети или в условиях, когда контактная сеть отсутствует вообще.
Известна силовая цепь подвижного состава городского электрического транспорта, которая содержит тяговый двигатель, силовые контакторы, реверсивные контакторы, тиристорный регулятор напряжения. Известное решение позволяет реализовать несколько режимов работы в тяге, электрическом торможении и зарядке АБ: режим тяги с пониженной мощностью; режим нормальной тяги; режим тяги форсированной мощности, режим автономной тяги и режим рекуперативного торможения (патент РФ №2390436, МПК B60L 15/00, опубл. 20.09.2009 г.) - прототип.
Недостатками известного решения является следующее:
- использование тиристорного прерывателя (регулятора напряжения) в реальных условиях невозможно, т.к. даже при малых индуктивностях питающей сети будут возникать большие перенапряжения, будет чрезмерным мешающее воздействие на системы связи и автоматики из-за наличия режимов прерывистых токов и высокой скорости их нарастания;
- при работе в режиме рекуперации и электрического торможения накопленная кинетическая энергия используется лишь частично, по причине разницы в напряжении двигателя и системы питания;
- заряд аккумуляторной батареи пульсирующим током приводит к дополнительному ее нагреву,
что снижает надежность, эффективность и долговечность работы устройства в целом.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение надежности и долговечности силовой цепи, а, следовательно, и всего контактно-аккумуляторного тягового подвижного состава.
Указанный технический результат достигается тем, что силовая цепь контактно-аккумуляторного тягового подвижного состава, содержащая тяговый двигатель постоянного тока последовательного возбуждения, аккумуляторную батарею и контакторы для их соединения, содержит контактор для подключения к контактной сети, индуктивно-емкостной фильтр, дроссель, установленный последовательно с тяговым двигателем постоянного тока, тормозной резистор и силовые транзисторы, один из которых подключен последовательно к тяговому двигателю и дросселю, и выполнен с возможностью регулирования напряжения питания и тока тягового двигателя, второй силовой транзистор установлен с возможностью регулирования силы торможения и подключен последовательно с тормозным резистором, а третий силовой транзистор установлен с возможностью регулирования напряжения рекуперации и подключен параллельно тяговому двигателю и дросселю.
При эксплуатации тягового подвижного состава возникают ситуации, когда необходимо осуществить движение при отсутствии напряжения в контактной сети. Наиболее остро этот вопрос стоит для метрополитена, когда при аварийном снятии напряжения возникает необходимость доставки пассажиров до ближайшей станции, а также на железнодорожном транспорте, например, в случае, когда имеется потребность производить маневровые работы на неэлектрифицированных участках пути.
Заявляемое решение конкретизировано на фиг. 1, где представлена электрическая схема силовой цепи.
Силовая цепь контактно-аккумуляторного тягового подвижного состава содержит тяговый двигатель 1 постоянного токапоследовательного возбуждения, аккумуляторную батарею 2 и контакторы 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9 для их соединения. Силовая цепь содержит также контактор 10 для подключения к контактной сети 11, входной индуктивно-емкостной фильтр, состоящий из индуктивности 12 и емкости 13. Дроссель 14, установленный последовательно с тяговым двигателем постоянного тока 1, тормозной резистор 15 и силовые транзисторы 16, 17 и 18. Силовой транзистор 16 подключен последовательно к тяговому двигателю 1 и дросселю 14, и предназначен для регулирования напряжения питания и тока тягового двигателя 1. Силовой транзистор 17 с диодом 19 предназначен для регулирования силы торможения (тормозного тока реостатного торможения) и подключен последовательно с тормозным резистором 15, а силовой транзистор 18 предназначен для регулирования напряжения рекуперации и подключен параллельно тяговому двигателю 1 и дросселю 14. Контакторы 3 и 4 предназначены для подключения вторичного химического источника электрической энергии, выполненного в виде, аккумуляторной батареи 2, а контактор 5 - для подключения тягового двигателя. Контакторы 6, 7, 8 и 9 предназначены для изменения направления тока в обмотке возбуждения 20 и, соответственно, изменения направления вращения тягового двигателя. Дроссель 14 является сглаживающим и в режиме тяги исключает прерывистый ток, а в режиме рекуперации способствует увеличению напряжения рекуперации.
Простейший вариант однофазного импульсного преобразователя напряжения, который состоит из силовых транзисторов 16 и 18 и сглаживающего дросселя 14 показан на фиг. 1, однако могут использоваться многофазные варианты импульсного преобразователя, в которых число силовых транзисторов и сглаживающих дросселей равно числу фаз импульсного преобразователя.
Заявляемое устройство работает следующим образом. При пуске и движении с питанием от контактной сети контакторы 10 и 5 замкнуты, а 3 и 4 разомкнуты. Для движения вперед или назад замыкаются соответственно пары контакторов 6 и 9 или 7 и 8. Силовой транзистор 16 осуществляет регулирование напряжения питания тягового двигателя 1. При осуществлении движения от аккумуляторной батареи 2 - контактор 10 разомкнут, а контактор 3 замкнут.
В режиме реостатного торможения - контактор 10 разомкнут, контакторы 3 и 5 замкнуты и регулирование силы торможения осуществляется силовым транзистором 17.
В режиме рекуперативного торможения с отдачей энергии в контактную сеть - контакторы 10 и 5 замкнуты, регулирование напряжения и тока осуществляется силовым транзистором 18. При рекуперации на аккумуляторную батарею - контактор 10 разомкнут, а контактор 3 замкнут.
При заряде аккумуляторной батареи 2 от контактной сети. Контакторы 10 и 4 замкнуты, остальные разомкнуты и регулирование тока заряда осуществляется силовым транзистором 16.