МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА

Многодвигательный электропривод постоянного тока
Полезная модель относится к электротехнике, а именно к многодвигательному электроприводу постоянного тока (МЭПТ) подвижного состава, например для метрополитена.
Известен МЭПТ, содержащий два электродвигателя РД) постоянного тока с обмоткой возбуждения, регулятор тока, пусковой, тормозной и шунтирующий контакторы (К), резистор (Р) 1.
Недостатком этого МЭПТ является большой расход электроэнергии из-за невозможности ее накопления при торможении.
Известен МЭПТ, содержащий источник питания (ИП), токосъемник, главный контактор, шину «плюс, шину «минус, два ЭД с обмотками последовательного возбуждения с импульсными регуляторами возбуждения, линейные К, тормозные К, тяговой и тормозной контроллеры. МЭПТ также содержит пуско-тормозные резисторы 2.
Недостатком этого МЭПТ является большой расход электроэнергии из-за невозможности ее накопления при торможении.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предложение, является снижение потребления электроэнергии.
Для достижения технического результата МЭПТ, содержащий источник питания, токосъемник, главный К, шину «плюс, шину «минус, ЭД с обмотками последовательного возбуждения с импульсными регуляторами возбуждения, линейные К, тормозные К, тяговой и тормозной контроллеры, снабжен двумя накопителями энергии (НЭ), выполненными секционными, в минусовые входы которых последовательно включены входы токоограничивающих Р с шунтирующими их управляемыми ключами, выходы которых через первый и второй К подключены к шине «минус и через третий К объединены между собой, причем выход первого токоограничивающего Р через третий К подключен к плюсовому выводу второго ПЭ, а выход второго токоограничивающего Р через четвертый К подключен к началу обмотки последовательного возбуждения первого ЭД, а к плюсовым выводам секций НЭ подключены входы тягового и выходы тормозного контроллеров, выходы и входы которых объединены и через пятый и шестой К подключены к шин «плюс, причем объединенные входы тормозного контроллера подключены также через седьмой и восьмой К к началу якорной обмотки и к концу обмотки последовательного возбуждения второго ЭД
МКИ кл. НО2Р7/68
соответственно, и через девятый К к минусовому выводу второго НЭ.
Кроме того, в МЭПТ тяговый и тормозной контроллеры могут быть выполнены бесконтактными тиристорными. Кроме того, накопители энергии могут быть выполнены емкостными.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором показана электрическая схема МЭПТ.
МЭПТ содержит ИП 1, токосъемник 2, главный КЗ, ,шину «плюс 4, шину «минус 5, ЭД 6, 7 последовательного возбуждения с импульсными регуляторами 10, 11 возбуждения, линейные К 14-19, 55-60, тормозные К 20-26, тяговый 64 и тормозной 63 контроллеры, два НЭ 65, 66, выполненных секционными, в минусовые выводы которых последовательно включены входы токоограничивающих Р 51, 52 с шунтирующими их управляемыми ключами 53, 54, выходы которых через первый 57 и второй 59 линейные К подключены к шине «минус 5, и через третий линейный К 60 объединены между собой, причем выход первого токоограничивающего Р 51 через третий линейный К 60 подключен к плюсовому выводу второго НЭ 66, а выходы второго токоограничивающего Р 52 через первый тормозной К 26 подключен к началу обмотки 8 последовательного возбуждения первого ЭД 6, а к плюсовым выводам секций 27-34 НЭ 65, 66 подключены входы тягового 64 и выходы тормозного 63 контроллеров, входы и выходы которых объединены и через четвертый 56 и пятый 58 линейные К подключены к шине «плюс 4, причем объединенные входы тормозного контроллера 63 подключены также через второй 21 и третий 23 тормозные К к началу якорной обмотки второго ЭД 7 и к концу обмотки 9 последовательного возбуждения второго ЭД 7, соответственно, и через шестой линейный К 55 к минусовому выводу второго НЭ 66. Первый НЭ 65 включает секции 27-30 НЭ. Второй НЭ 66 включает секции 31-34 НЭ. Тяговый контроллер 64 содержит бесконтактные переключатели 35-42. Тормозной контроллер 63 содержит бесконтактные переключатели 43-50.
Обратные диоды 61, 62 служат для гашения электромагнитной энергии в якорных обмотках ЭД 6, 7 и обмотках 8, 9 последовательного возбуждения в переходных процессах.
В качестве НЭ 65, 66 могут быть использованы емкостные двойнослойные накопители энергии 3.
МЭПТ работает следующим образом. Перед выходом на линию первый и второй НЭ 65, 66 заряжаются (дозаряжаются) до напряжения ИП 1 по цепи: «плюс ИП I - главный КЗ - К 58 - бесконтактный
переключатель 43 - секции 27-30 первого НЭ 65 - токоограничивающий Р51 - секции 31-34 второго НЭ 66 - токоограничивающий Р 52 К 59 - «минус ИП 1. Среднее значение зарядного тока, равное заданному значению, автоматически поддерживается с помощью управляемых ключей 53, 54. Как только зарядный ток станет меньше заданного значения, К 60 отключается и включается К 57, а также бесконтактные переключатели 43 и 47. Каждый НЭ 65, 66 включается на полное напряжение ИП 1. Зарядный ток регулируется управляемыми ключами 53, 54. Дозаряд НЭ 65, 66 проходит быстро в течение 1-1,5 мин. Как только их напряжение станет равным напряжению ИП 1, отключается К 58, бесконтактные переключатели 43,47 и включается К 56.
При поетуплении команды вперед от машиниста соетава, главный К 3 выключается и включаются К 14, 16, 20, 17, 19, одновременно отключаются импульсные регуляторы возбуждения 10, 11 и включаются бесконтактные переключатели 38, 42 и управляемые ключи 53, 54. Образуется цепь последовательного включения ЭД 6, 7: плюс секций 30, 34, НЭ 65, 66 - бесконтактные переключатели 38, 42 - К56 - К 14 - якорная обмотка ЭД 6 - К16 - обмотка 8 последовательного возбуждения -К 20 - якорная обмотка ЭД 7 - К 17 - обмотка 9 последовательного возбуждения - К 19 - К 57, 59 - управляемые ключи 53, 54 - минус секций 30, 34 НЭ 65, 66. Заданное значение пускового тока поддерживается постоянным с помощью регулирования частоты переключения управляемых ключей 53, 54. Состав трогается с меета и начинает разгоняться с заданным ускорением. Суммарная ЭДС ЭД 6, 7 возраетает и как только суммарная ЭДС плюс суммарное падение напряжения на активных сопротивлениях якорных обмоток ЭД 6, 7 и обмоток 8, 9 последовательного возбуждения и в подводящих проводах етанут равными напряжению секций 30, 34 НЭ 65, 66, включаются бесконтактные переключатели 37, 41. Напряжение питания ЭД 6, 7 увеличивается, с помощью управляемых ключей 53, 54 поддерживается ток ЭД 6, 7 равный заданному значению. Весь процесс повторяется, пока не подключатся все секции 27-30, 31-34 НЭ 65, 66. Как только суммарная ЭДС ЭД 6, 7 с учетом падения напряжения на активных сопротивлениях в цепи станет равной полному напряжению НЭ 65, 66, автоматически отключается К 20, закрываются бесконтактные переключатели 35, 39 и включаются линейные К 15, 18. Одновременно с ними включаются бесконтактные переключатели 37, 41. Образуется цепь параллельного подключения ЭД 6, 7 к НЭ 65, 66: плюсы последовательного соединенных
секций 29, 30 и секций 33, 34 НЭ 65, 66 - бесконтактные переключатели 37, 41 - К 56 - шина плюс - К 14, 15 - якорные обмотки ЭД 6, 7 К 16, 17 - обмотки последовательного возбуждения 8, 9 - К 18, 19 шина минус 5 - К 57, 59 - управляемые ключи 53, 54 - минусы секций 30, 34 НЭ 65, 66. Заданный ток в цепях ЭД 6, 7 подцерживается управляемыми ключами 53, 54, которые регулируют частоту переключения. Скорость состава увеличивается, ЭДС ЭД 6, 7 увеличивается и, как только она станет равной, с учетом падения напряжения на активных сопротивлениях якорных обмоток ЭД 6, 7 и обмоток 8, 9 последовательного возбуждения и в подводящих проводах одного из ЭД 6, 7 суммарному напряжению подключенных секций 30, 34 НЭ, поступает команда на бесконтактные переключатели 3542, которые подключают очередные секции 29, 33; 28, 32; 27, 31. Процесс продолжается до тех пор пока не будут подключены все секции НЭ 65, 66.
Так как энергия НЭ 65, 66 имеет выбранную величину из расчета энергии одного НЭ, достаточной для разгона состава с полной загрузкой до номинальной скорости при номинальном токе возбуждения и номинальном напряжении источника питания, то одновременно с отдачей энергии НЭ 65, 66 при разгоне состава уменьшается и напряжение на выходе. Для разгона состава до номинальной скорости с заданным ускорением, номинальном токе возбуждения, после подключения всех секций 27-30, 31-34 НЭ 65, 66 и разгона состава с заданным током до поступления команды на увеличение напряжения К 57 отключается, управляемый ключ 53 закрывается, шунтируя Р 51, бесконтактный переключатель 35 закрывается, включается К 60 и бесконтактный переключатель 38 и закрывается бесконтактный переключатель 39. Напряжение питания параллельно работающих ЭД 6, 7 увеличивается на напряжение одной секции, так как секции 2730, 31-34 НЭ 65, 66 из параллельного соединения переключаются в последовательное соединение и к напряжению секций 31-34 НЭ 66 добавляется напряжение секции 30 НЭ 65. Поддержание постоянства заданного тока ЭД 6, 7 осуществляется управляемым ключом 54. После выработки энергии подключенных секций 30 НЭ 65 и 31-34 НЭ 66 подается команда на включение очередной секции 29 и так будет продолжаться, пока не подключатся все секции 27-34 НЭ 65, 66. В зависимости от загрузки состава, от профиля пути при номинальном токе возбуждения состав разгоняется до номинальной скорости и выше.
Как только ЭДС ЭД 6, 7 с учетом падения напряжения на активных сопротивлениях якорных обмоток ЭД 6, 7 и обмоток 8, 9 последовательного возбуждения и подводящих проводов при заданном токе ЭД 6, 7 станут равными напряжению последовательно включенных НЭ 65, 66, отключаются К 56, 59, 60 и управляемый ключ 54 и включается главный КЗ и одновременно начинают работать импульсные регуляторы 10, 11 возбуждения. Питание ЭД 6, 7 осуществляется от ИП 1 с потреблением энергии из электрической сети. С увеличением скорости ЭД 6, 7 выше номинальной, импульсные регуляторы 10, 11 возбуждения начинают плавно ослаблять магнитный поток в функции постоянства заданного тока якорных обмоток ЭД 6, 7, до тех пор, пока состав не достигнет максимальной заданной скорости. При достижении заданной скорости, дается команда на отключение линейных К 14, 15, 16, 17, 18, 19 и главного КЗ, ЭД 6, 7 обесточиваются и cociaB продолжает двигаться на выбеге, постепенно теряя скорость за счет сил сопротивления движению.
Как только скорость состава снизится до заданного уровня, сразу же подается команда на включение торможения.
Включаются К 16, 21 , 22, 23, 25, 26, 55, 60 и управляемый ключ 54, т.е. собирается перекрестная мостовая схема с включением в диагональ между якорными обмотками ЭД 6, 7 и обмотками последовательного возбуждения токоограничивающего Р 52 с управляемым ключом 54.
За счет высокой скорости ЭД 6, 7 равной 1,5-2 Пн, где п,, - номинальная скоростьЭД 6, 7, за счет остаточного намагничивания полюсов обмоток 8, 9 последовательного возбуждения, за счет протекания тока по ним одного и того же направления что в тяговом режиме, что и в режиме торможения, за счет регулируемого управляемого ключа 54, ЭД 6, 7 быстро, за 0,25 - 0,5 с, самовозбуждаются и переходят в генераторный режим работы. После самовозбуждения ЭД 6, 7 отключается К 55 и включается бесконтактный переключатель 43. Тормозной ток ЭД 6, 7 начинает протекать по цепям: плюс якорная обмотка ЭД 7 - К 21 - бесконтактный переключатель 43 секции 27 - 30 НЭ 65 - замкнутый управляемый ключ 53 - К 60 - секции 31-34 НЭ 66 - замкнутый управляемый ключ 54 - К 26 - обмотка 8 последовательного возбуждения - К 25 - минус якорная обмотка ЭД 7 - плюс якорная обмотка ЭД 6 - К 22 - обмотка 9 последовательного возбуждения - К 23 - бесконтактный переключатель 43 - секции 27-30 НЭ 65 - замкнутый управляемый ключ 53 - К 60 секции 31-34 НЭ 66 - управляемый ключ 54 - К 26 - К 16 - минус
якорная обмотка ЭД 6. Заданный тормозной ток, который является зарядным током НЭ 65, 66, поддерживается постоянным на высоких скоростях движения состава с помощью импульсных регуляторов 10, 11 возбуждения через их блоки 12, 13 управления, при замкнутых управляемых ключах 53, 54. Торможение состава проходит с заданным замедлением. С падением скорости движения до 1,2 Пн напряжения на ЭД 6,7, работающих в генераторном режиме , регулируются с помощью импульсного регулирования тока возбуждения от 0,4 Ьн до 1,0 IBM, где 1вн - номинальный ток возбуждения, поддерживая тормозной ток, равным заданному значению.
Как только ток возбуждения, с уменьщением скорости движения, возрастает до номинального значения, так поступает команда на отключение К 16, 21 и замыкание К 24. Перекрестная мостовая схема торможения преобразуется в последовательную схему торможения, образуя замкнутую цепь: плюс якорная обмотка ЭД 7 - К 24 - минус якорная обмотка ЭД 6 - плюс якорная обмотка ЭД 6 - К 22 - обмотка 9 последовательного возбуждения - К 23 - бесконтактный переключатель 43 - секции 27-30 НЭ 65 - управляемый ключ 53 К 60 - секции 31 -34 НЭ 66 - управляемый ключ 54 - К 26 - обмотка 8 последовательного возбуждения - К 25 - минус якорная обмотка ЭД 7. Напряжение заряда НЭ 65, 66 увеличивается вдвое. Тормозной ток (зарядный ток накопителя энергии) поддерживается заданным с помощью импульсных регуляторов 10, 11 возбуждения. Скорость движения состава уменьщается, ток возбуждения возрастает, поддерживая тормозной ток постоянным. Напряжение последовательно соединенных секций 27-34 НЭ 65 при заряде возрастает. Наступает момент, когда суммарное напряжение последовательно соединенных ЭД 6, 7, работающих в генераторном режиме, становится недостаточным для поддержания постоянства заданного тока. Поэтому в этот момент поступает команда на отключение К 60 и включение К 57 и бесконтактного ключа 47. НЭ 65, 66 соединяются параллельно и их напряжение уменьщается вдвое. Блоки 12, 13 управления импульсных регуляторов 10, 11 возбуждения поддерживают заданный тормозной ток постоянным. Состав продолжает снижать скорость движения с заданным замедлением. Ток возбуждения с уменьшением скорости движения плавно возрастает до номинального значения. При номинальном значении тока возбуждения, импульсные регуляторы 10, 11 возбуждения перестают работать. Напряжение, приложенное к НЭ 65, 66, при постоянстве тока возбуждения ЭД 6, 7 равным номинальному току, начинает снижаться пропорционально
уменьшению скорости движения. Как только тормозной ток становится меньше заданного значения при замкнутых управляемых ключах 53, 54, подается команда на включение бесконтактных переключателей 44, 48. Напряжение НЭ 65, 66 уменьшается на напряжение одной секции 27, 31 и становится меньше суммарного напряжения ЭД 6, 7. Тормозной ток поддерживается постоянным за счет регулирования частоты переключения управляемых ключей 53, 54.
С уменьшением скорости движения, при постоянстве тормозного тока и тока возбуждения, секции НЭ 65, 66 поочередно отключаются с уменьшением суммарного напряжения на ЭД 6, 7 до тех пор, пока не останется по одной секции 30, 34 в НЭ 65, 66. Скорость состава снижается до 0,05 - 0,1 Пн. Для полного останова состава на данной скорости включаются пневмомеханические тормоза (на чертеже не показаны).
Таким образом, осуществляется практически полное аккумулирование кинетической энергии с максимальной скорости движения состава до номинальной. Запасенной накопителем энергии будет достаточно, чтобы произвести разгон состава от трогания с места до номинальной скорости движения, что позволяет сэкономить энергию, потребляемую от источника питания.
ЛИТЕРАТУРА
1.Авторское свидетельство СССР № 1473063.
2.Руководство по эксплуатации вагонов метрополитепа модели 81-717.5, 81-714.5. Издательство Москва, Транспорт, 1993, стр. 192197 (прототип).
3.Свидетельство РФ на полезную модель № 0003508.