ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
TRACTION ELECTRIC DRIVE OF TRANSPORT VEHICLE

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано в тяговом электроприводе рельсовых транспортных средств, в частности, для тягового электропривода тепловозов с двумя и более дизель-генераторными установками.
Известен тяговый электропривод, содержащий тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения, подключенные к регулируемому тиристорному выпрямителю, на силовой вход которого подается трехфазное напряжение с двух параллельно включенных тяговых генераторов переменного напряжения, являющихся составными частями двух автономных дизель-генераторных установок. (Установка тягово-энергетическая ТЭУ-400, ТУ 8670-268-00210795-96, 44.00.00.000ТО, Калуга, 1996 г., информация с сайта Калужского машиностроительного завода www.kalugaputmash.ru).
Недостатками известного тягового электропривода являются сложность управления дизель-генераторными установками из-за необходимости точной синхронизации их работы для обеспечения надежной параллельной работы тяговых генераторов переменного напряжения.
Наиболее близким к заявленному изобретению является тяговый электропривод транспортного средства, содержащий тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения, которые подключены к выходу двух регулируемых тиристорных выпрямителей, входы которых предназначены для подключения трехфазного переменного напряжения, а их выходы соединены последовательно и являются выходом преобразователя напряжения.
Параллельно обмоткам возбуждения тяговых электродвигателей включены регуляторы токов возбуждения, выполненные каждый в виде блока резисторов, который подключен к обмотке возбуждения тягового электродвигателя через контактор. Через второй контактор параллельно блоку резисторов включен шунтирующий элемент. Цепи управления контакторов и входы управления тиристорных выпрямителей подключены к соответствующим выходам контроллера (RU 2309057 C2, B60L 9/08, опубл. 27.10.2007).
Известный тяговый электропривод, принятый за прототип, обладает широкими функциональными возможностями, однако использование его на маневровых тепловозах экономически нецелесообразно из-за недостатка, связанного с низкой экономичностью тягового электропривода при работе тепловоза в широком диапазоне скоростей движения и нагрузок, особенно в зоне малых скоростей движения и при малых нагрузках.
Технический результат изобретения заключается в повышении надежности работы тягового электропривода, расширении его функциональных возможностей, в повышении экономичности работы тягового электропривода при работе в широком диапазоне скоростей движения и нагрузок.
Технический результат достигается тем, что в тяговом электроприводе транспортного средства, содержащем как минимум два тяговых электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения, подключенных к выходу преобразователя напряжения, параллельно обмоткам возбуждения тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения включены регуляторы токов возбуждения, преобразователь напряжения состоит из двух выпрямителей, регуляторы токов возбуждения выполнены в виде блока резисторов, каждый из которых подключен к обмотке возбуждения соответствующего тягового электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения через контакторы, при этом цепи управления контакторов подключены к соответствующим выходам контроллера, причем тяговый электропривод транспортного средства снабжен дополнительными контакторами, при этом первый тяговый электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения свободным выводом якорной обмотки подключен к плюсовому выводу первого выпрямителя, свободный вывод обмотки возбуждения первого тягового электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения подключен посредством первого дополнительного контактора к минусовому выводу первого выпрямителя, свободный вывод якорной обмотки второго тягового электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения подключен посредством второго дополнительного контактора к плюсовому выводу второго выпрямителя, свободный вывод обмотки возбуждения второго тягового электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения подключен к минусовому выводу второго выпрямителя, причем свободный вывод обмотки возбуждения первого тягового электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения подключен посредством третьего дополнительного контактора к свободному выводу якорной обмотки второго тягового электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения, четвертый дополнительный контактор подключает плюсовой вывод первого выпрямителя к плюсовому выводу второго выпрямителя, пятый дополнительный контактор подключает минусовый вывод первого выпрямителя к минусовому выводу второго выпрямителя, силовые входы выпрямителей подключены к отдельным трехфазным генераторам переменного напряжения, механически связанным с тепловыми двигателями, входы управления трехфазных генераторов, тепловых двигателей и цепи управления дополнительных контакторов подключены к соответствующим выходам контроллера.
На чертеже представлена схема тягового электропривода транспортного средства.
Тяговый электропривод транспортного средства содержит по меньшей мере два тяговых электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2, подключенных к выходу преобразователя 1 напряжения, параллельно обмоткам возбуждения 2 первого и второго тяговых электродвигателей Э1 и Э2 постоянного тока последовательного возбуждения включены регуляторы 3 токов возбуждения, преобразователь 1 напряжения состоит из двух выпрямителей 4 и 5, регуляторы 3 токов возбуждения выполнены в виде блоков 6 резисторов, каждый из которых подключен к обмотке возбуждения 2 соответствующего тягового электродвигателя Э1 или Э2 постоянного тока последовательного возбуждения через контакторы 7, при этом цепи управления контакторов 7 подключены к соответствующим выходам контроллера 8, при этом первый тяговый электродвигатель Э1 постоянного тока последовательного возбуждения свободным выводом якорной обмотки 9 подключен к плюсовому выводу первого выпрямителя 4, свободный вывод обмотки возбуждения 2 первого тягового электродвигателя Э1 постоянного тока последовательного возбуждения подключен посредством первого дополнительного контактора 10 к минусовому выводу первого выпрямителя 4, свободный вывод якорной обмотки 9 второго тягового электродвигателя Э2 постоянного тока последовательного возбуждения подключен посредством второго дополнительного контактора 11 к плюсовому выводу второго выпрямителя 5, свободный вывод обмотки возбуждения 2 второго тягового электродвигателя Э2 постоянного тока последовательного возбуждения подключен к минусовому выводу второго выпрямителя 5, причем третий дополнительный контактор 12 подключает свободный вывод обмотки возбуждения 2 первого тягового электродвигателя Э1 постоянного тока последовательного возбуждения к свободному выводу якорной обмотки 9 второго тягового электродвигателя Э2 постоянного тока последовательного возбуждения, четвертый дополнительный контактор 13 подключает плюсовой вывод первого выпрямителя 4 к плюсовому выводу второго выпрямителя 5, пятый дополнительный контактор 14 подключает минусовый вывод первого выпрямителя 4 к минусовому выводу второго выпрямителя 5, силовые входы первого и второго выпрямителей 4 и 5 подключены к отдельным трехфазным генераторам 15 и 16 переменного напряжения, соответственно механически связанным с тепловыми двигателями 17 и 18, входы управления трехфазных генераторов 15 и 16, тепловых двигателей 17 и 18 и цепи управления дополнительными контакторами 10, 11, 12, 13, 14 подключены к соответствующим выходам контроллера 8.
Тяговый электропривод транспортного средства действует следующим образом.
Тяговые электродвигатели Э1 и Э2 постоянного тока последовательного возбуждения, в общем виде число тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения равно числу движущих осей транспортного средства, получают питание от первого и второго выпрямителей 4 и 5, выполненных по трехфазной мостовой схеме выпрямления.
Регулирование скорости транспортного средства осуществляется путем изменения выпрямленного напряжения, подводимого к тяговым электродвигателям Э1 и Э2 постоянного тока последовательного возбуждения. Контроллер 8 подает команду на включение третьего и пятого дополнительных контакторов 12 и 14. При работающем тепловом двигателе, например, 17, напряжение, прикладываемое к тяговым электродвигателям Э1 и Э2 постоянного тока последовательного возбуждения, определяется напряжением на выходе первого выпрямителя 4, при этом образуется следующая цепь для тягового тока: плюсовой вывод первого выпрямителя 4, первый тяговый электродвигатель Э1 постоянного тока последовательного возбуждения, включенный третий дополнительный контактор 12, второй тяговый электродвигатель Э2 постоянного тока последовательного возбуждения, включенный пятый дополнительный контактор 14, минусовый вывод первого выпрямителя 4.
При работающем тепловом двигателе 18, напряжение, прикладываемое к тяговым электродвигателям Э1 и Э2, определяется напряжением на выходе второго выпрямителя 5, при этом образуется следующая цепь для тягового тока: плюсовой вывод второго выпрямителя 5, включенный четвертый дополнительный контактор 13, первый тяговый электродвигатель Э1 постоянного тока последовательного возбуждения, включенный третий дополнительный контактор 12, второй тяговый электродвигатель Э2 постоянного тока последовательного возбуждения, минусовый вывод первого выпрямителя 5.
При одновременно работающих тепловых двигателях 17 и 18 первый выпрямитель 4 включен на первый тяговый электродвигатель Э1 постоянного тока последовательного возбуждения, при этом образуется следующая цепь для тягового тока: плюсовой вывод первого выпрямителя 4, первый тяговый электродвигатель Э1 постоянного тока последовательного возбуждения, включенный первый дополнительный контактор 10, минусовый вывод первого выпрямителя 4, а второй выпрямитель 5 включен на второй тяговый электродвигатель Э2 постоянного тока последовательного возбуждения, при этом образуется следующая цепь для тягового тока: плюсовой вывод второго выпрямителя 5, включенный второй дополнительный контактор 11, второй тяговый электродвигатель Э2 постоянного тока последовательного возбуждения, минусовый вывод второго выпрямителя 5, третий, четвертый и пятый дополнительные контакторы 12, 13, 14 при этом выключены.
Диапазон изменения выходного напряжения каждого из выпрямителей 4 и 5 определяется контроллером 8, который по соответствующему сигналу управления изменяет возбуждение соответствующего трехфазного генератора 15 или 16.
Контроллером 8 задают также режим работы тепловых двигателей (например, дизелей) 17 и 18, вплоть до запуска или остановки любого из них.
При работе транспортного средства на малых скоростях движения контроллером 8 задают режим работы тепловых двигателей 17 и 18. Например, тепловой двигатель 17 включен и работает на заданной частоте вращения, при этом от контроллера 8 получает возбуждение связанный с тепловым двигателем 17 трехфазный генератор переменного напряжения 15, его выходное напряжение выпрямляется первым выпрямителем 4 и подается на тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2. Тепловой двигатель 18 остановлен, соответственно на выходе связанного с ним трехфазного генератора 16 напряжение отсутствует, для последовательного соединения тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2 и обеспечения цепи протекания тока нагрузки служат включенные третий и пятый дополнительные контакторы 12 и 14.
В случае, когда первым включается в работу тепловой двигатель 18, а тепловой двигатель 17 отключен, при этом от контроллера 8 получает возбуждение связанный с тепловым двигателем 18 трехфазный генератор переменного напряжения 16, его выходное напряжение выпрямляется вторым выпрямителем 5 и подается на тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2, при этом для последовательного соединения тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2 и обеспечения цепи протекания тока нагрузки служат включенные третий и четвертый дополнительные контакторы 12 и 13.
Диапазон рабочих скоростей транспортного средства при работе от одного из тепловых двигателей определяется напряжением, приложенным к цепи из двух последовательно соединенных тяговых электродвигателей Э1 и Э2 постоянного тока последовательного возбуждения и определяемым максимальным напряжением трехфазных генераторов переменного напряжения 15 и 16 и связанных с ними левого и второго выпрямителей 4 и 5.
При необходимости увеличения скорости движения транспортного средства при работе транспортного средства, например, тепловоза, при номинальной нагрузке, контроллер 8 дает сигнал на включение теплового двигателя 17, при достижении тепловым двигателем 17 заданной частоты вращения от контроллера 8 поступает команда на выключение третьего дополнительного контактора 12, на включение первого и второго дополнительных контакторов 10 и 11, при этом первый выпрямитель 4 включается на первый тяговый электродвигатель Э1 постоянного тока последовательного возбуждения, а второй выпрямитель 5 включается на второй тяговый электродвигатель Э2 постоянного тока последовательного возбуждения. Контроллером 8 обеспечивается синхронная работа обоих тепловых двигателей 17 и 18, трехфазных генераторов переменного напряжения 15 и 16, связанных с ними первого и второго выпрямителей 4 и 5, включенных на тяговые электродвигатели Э1 и Э2 постоянного тока последовательного возбуждения. При этом каждый из тяговых электродвигателей Э1 и Э2 постоянного тока последовательного возбуждения подключается на выпрямленное первым и вторым выпрямителями 4 и 5 напряжение каждого из трехфазных генераторов переменного напряжения 15 и 16, чем обеспечивается увеличение диапазона рабочих скоростей транспортного средства.
При работе транспортного средства с малой нагрузкой возможна работа половины тяговых электродвигателей, получающих питание от трехфазных генераторов 15 или 16 и связанных с ним выпрямителей 4 или 5 при работе одного из тепловых двигателей 17 или 18.
Суммарная сила тяги транспортного средства определяется общим числом работающих тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения.
Порядок включения в работу и отключения тепловых двигателей 17 и 18 определяется контроллером 8 таким образом, чтобы обеспечить их равномерную загрузку и соответственно равномерный износ.
Для дополнительного расширения диапазона скоростей движения транспортного средства в тяговом электроприводе предусмотрены регуляторы возбуждения 3, состоящие из блоков резисторов 6, которые обеспечивают ослабление возбуждения тяговых электродвигателей Э1 и Э2 постоянного тока последовательного возбуждения.
Таким образом, тяговый электропривод транспортного средства обладает высокой надежностью, широкими функциональными возможностями, обеспечивает экономичность работы транспортного средства как при номинальной нагрузке, так и при малых нагрузках.
Тяговый электропривод транспортного средства опробован на стенде и показал хорошие результаты.