Тяговый электропривод транспортного средства
VEHICLE ELECTRIC TRACTION DRIVE

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.
Известен 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 С2, B60L 9/08, опубл. 27.10.2007).
Использование его на маневровых тепловозах экономически нецелесообразно из-за недостатка, связанного с низкой экономичностью тягового электропривода при работе транспортного средства особенно в зоне малых скоростей движения и при малых нагрузках, что связано с необходимостью глубокого регулирования тиристорных выпрямителей.
Известен тяговый электропривод транспортного средства, принятый за прототип, содержащий 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, причем 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 (RU №2551297 C1, B60L 11/06, опубл. 20.05.2015).
Недостатками известного тягового электропривода является его повышенная сложность, наличие большого числа коммутационной аппаратуры, что существенно усложняет алгоритм управления тягового электропривода и соответственно снижает надежность его работы. Кроме того, существенным недостатком прототипа является наличие провала мощности при переключении режимов работы транспортного средства с одного теплового двигателя на два и обратно.
Технический результат изобретения заключается в упрощении схемы тягового электропривода с сокращением количества коммутационной аппаратуры, повышением надежности работы тягового электропривода транспортного средства, исключением провалов мощности при переключении режимов работы транспортного средства с одного теплового двигателя на два и обратно.
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 включен регулятор тока возбуждения, выполненный в виде последовательно соединенных контактора и резистора, преобразователь напряжения состоит из двух выпрямителей, силовые входы выпрямителей подключены к отдельным трехфазным генераторам переменного напряжения, механически связанным с тепловыми двигателями, входы управления тепловых двигателей, управления возбуждением трехфазных генераторов и цепь управления контактора регулятора тока возбуждения подключены к соответствующим выходам контроллера, причем якорные обмотки первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения соединены последовательно, обмотки возбуждения первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения соединены последовательно, причем свободный вывод якорной обмотки первого тягового электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения подключен к плюсовому выводу первого выпрямителя, свободный вывод обмотки возбуждения второго тягового электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения подключен к минусовому выводу второго выпрямителя, минусовой вывод первого выпрямителя соединен с плюсовым выводом второго выпрямителя, свободный вывод якорной обмотки второго тягового электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения соединен со свободным выводом обмотки возбуждения первого тягового электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения.
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 и 3 тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2 включен регулятор 4 тока возбуждения, выполненный в виде последовательно соединенных контактора 5 и резистора 6, преобразователь 1 напряжения состоит из двух выпрямителей 7 и 8, силовые входы которых подключены соответственно к трехфазным генераторам 9 и 10 переменного напряжения, механически связанным с тепловыми двигателями 11 и 12, входы управления тепловых двигателей 11 и 12, управления возбуждением трехфазных генераторов 9 и 10, цепь управления контактора 5 регулятора 4 тока возбуждения подключены к соответствующим выходам контроллера 13, причем якорные обмотки 14 и 15 тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2 соединены последовательно, обмотка возбуждения 2 и обмотка возбуждения 3 тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2 соединены последовательно, причем свободный вывод якорной обмотки 14 тягового электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения Э1 подключен к плюсовому выводу выпрямителя 7, свободный вывод обмотки возбуждения 3 тягового электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения Э2 подключен к минусовому выводу выпрямителя 8, минусовой вывод выпрямителя 7 соединен с плюсовым выводом выпрямителя 8, свободный вывод якорной обмотки 15 тягового электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения Э2 соединен со свободным выводом обмотки возбуждения 2 тягового электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения Э1.
Тяговый электропривод транспортного средства действует следующим образом.
Тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2 (число тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения равно числу движущих осей транспортного средства) получают питание от выпрямителей 7 и 8, выполненных по трехфазной мостовой схеме выпрямления.
Регулирование скорости транспортного средства осуществляется путем изменения выпрямленного напряжения, подводимого к тяговым электродвигателям постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2. При работающем тепловом двигателе 11, напряжение, прикладываемое к тяговым электродвигателям постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2, определяется напряжением на выходе выпрямителя 7, при этом образуется следующая цепь для тягового тока: плюсовой вывод выпрямителя 7, якорные обмотки 14 и 15 и обмотки возбуждения 2 и 3 тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2, минусовый вывод выпрямителя 8, открытые в проводящем направлении диоды выпрямителя 8, минусовый вывод выпрямителя 7.
При работающем тепловом двигателе 12 напряжение, прикладываемое к тяговым электродвигателям постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2, определяется напряжением на выходе выпрямителя 8, при этом образуется следующая цепь для тягового тока: плюсовой вывод выпрямителя 8, минусовый вывод выпрямителя 7, открытые в проводящем направлении диоды выпрямителя 7, якорные обмотки 14 и 15 и обмотки возбуждения 2 и 3 тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2, минусовый вывод выпрямителя 8.
При одновременно работающих тепловых двигателях 11 и 12 выпрямитель 4 включен на тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2, при этом образуется следующая цепь для тягового тока: плюсовой вывод выпрямителя 7, якорные обмотки 14 и 15 и обмотки возбуждения 2 и 3 тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2, минусовый вывод выпрямителя 8, а напряжение, приложенное к последовательно соединенным тяговым электродвигателям постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2, определяется суммой выходных напряжений выпрямителей 7 и 8, при этом диапазон изменения выходного напряжения каждого из выпрямителей 7 и 8 определяется контроллером 13, который по соответствующему сигналу управления изменяет возбуждение трехфазных генераторов 9 и 10.
Контроллером 13 задают также режим работы тепловых двигателей (например, дизелей) 11 и 12, вплоть до запуска или остановки любого из них.
При работе транспортного средства на малых скоростях движения контроллером 13 задают режим работы тепловых двигателей 11 и 12. Например, тепловой двигатель 11 включен и работает на заданной частоте вращения, при этом от контроллера 13 получает возбуждение связанный с тепловым двигателем 11 трехфазный генератор переменного напряжения 9, его выходное напряжение выпрямляется выпрямителем 7 и подается на тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2. Тепловой двигатель 12 остановлен, соответственно на выходе связанного с ним трехфазного генератора 10 напряжение отсутствует, на последовательно соединенные тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2 подается выпрямленное напряжение выпрямителя 7 за вычетом падения напряжения на открытых диодах выпрямителя 8.
В случае, когда первым включается в работу тепловой двигатель 12, а тепловой двигатель 11 отключен, при этом от контроллера 13 получает возбуждение связанный с тепловым двигателем 12 трехфазный генератор переменного напряжения 10, его выходное напряжение выпрямляется выпрямителем 8 и подается на тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2. Тепловой двигатель 11 остановлен, соответственно на выходе связанного с ним трехфазного генератора 9 напряжение отсутствует, на последовательно соединенные тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2 подается выпрямленное напряжение выпрямителя 8 за вычетом падения напряжения на открытых диодах выпрямителя 7.
Диапазон рабочих скоростей транспортного средства при работе от одного из тепловых двигателей, например, от теплового двигателя 11, определяется напряжением, приложенным к цепи из двух последовательно соединенных тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2, и определяемым максимальным напряжением трехфазного генератора переменного напряжения 9 и связанного с ним первого выпрямителя 7.
В дальнейшем, при необходимости увеличения скорости движения транспортного средства при работе транспортного средства, например тепловоза, при номинальной нагрузке контроллер 13 дает сигнал на включение теплового двигателя 12, при достижении тепловым двигателем 12 заданной частоты вращения от контроллера 13 подается сигнал на возбуждение трехфазного генератора 10, напряжение на выходе трехфазного генератора 10 выпрямляется выпрямителем 8 и суммируется с выходным напряжением выпрямителя 7, чем обеспечивается увеличение выходного напряжения преобразователя 1 и соответственно дальнейший разгон транспортного средства.
Суммарная сила тяги транспортного средства определяется общим числом работающих тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения.
Порядок включения в работу и отключения тепловых двигателей 11 и 12 определяется контроллером 13 таким образом, чтобы обеспечить их равномерную загрузку и соответственно равномерный износ.
Для дополнительного расширения диапазона скоростей движения транспортного средства в тяговом электроприводе предусмотрен регулятор возбуждения 4, состоящий из контактора 5 и резистора 7, которые обеспечивают ослабление возбуждения тяговых электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения Э1 и Э2.
Таким образом, применение изобретения позволяет существенно упростить схему тягового электропривода транспортного средства, сократить по сравнению с прототипом количество коммутационной аппаратуры с повышением надежности работы, исключением провалов мощности при переключении режимов работы транспортного средства с одного теплового двигателя на два и обратно.
Тяговый электропривод транспортного средства опробован на стенде и показал хорошие результаты.