ПРИВОД ЭЛЕКТРОВОЗА

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использовано для повышения тяговых и регулировочных свойств электроподвижного состава переменного тока.
Известны приводы электровозов переменного тока с потележечным (а.с. №1079493, 3 (51) В60L 15/20, опубл. 15.03.1984 г., Бюл. №10) и поосным («Электровоз с независимым автоматически регулируемым возбуждением тяговых двигателей», ОМСК, тр. ОМИИТ, 1977 г., вып. 186, стр.21-28) регулированием силы тяги, содержащие тяговые электродвигатели постоянного тока, якори которых питаются от выпрямительно-инверторных преобразователей с плавным регулированием напряжения, а обмотки возбуждения всех тяговых электродвигателей секции электровоза соединены последовательно и питаются от одного тиристорного возбудителя. Для обеспечения выравнивания токов якорей каждая из обмоток возбуждения шунтирована цепью, состоящий из последовательно соединенных резистора и тиристора, угол открытия которого регулируется автоматически.
Эти приводы обладают следующими недостатками. Не полностью используются регулировочные свойства электровоза, так как переход с одного вида возбуждения тяговых электродвигателей (независимого или последовательного) на другой возможно осуществить только с разрывом силовой цепи, то есть полной потерей силы тяги на период переключения в обесточенном состоянии силовых аппаратов (реверсоров, тормозных переключателей, контакторов).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является привод электровоза («Совершенствование конструкции электровоза 3ЭС5К» / Жирков А.И., Калюжный А.А., Никонов В.В.//Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения (ОАО «ВэлНИИ»)/Гл. ред. А.И.Жирков. -
Новочеркасск, 2012. - Т.2 (64). - С.3-11.), содержащий подключенные к обмоткам силового трансформатора выпрямительно-инверторные преобразователи, плюсовые выводы которых соединены с цепями выпрямленного тока, каждая из которых включает последовательно соединенные сглаживающий реактор, силовые контакты быстродействующего выключателя, якорь тягового электродвигателя, выход которого через первый нормально замкнутый в режиме тяги контакт тормозного переключателя и первый контакт реверсора соединен с входом обмотки возбуждения, выход которой через второй контакт реверсора и второй нормально замкнутый в режиме тяги контакт тормозного переключателя соединен с минусовым выводом выпрямительно-инверторного преобразователя; блок ослабления поля тягового электродвигателя, подключенный параллельно обмотке возбуждения; балластный резистор, соединенный с минусовым выводом выпрямительно-инверторного преобразователя через нормально разомкнутый в режиме тяги контакта тормозного переключателя; тиристорный возбудитель для питания обмоток возбуждения тяговых электродвигателей в режиме электрического торможения, подключенный к отдельной обмотке силового трансформатора. К одному преобразователю подключаются две параллельные цепи якорей тяговых двигателей.
Этот привод обладает следующими недостатками. Переход по условиям движения с одного вида возбуждения тяговых электродвигателей на другой возможен только при выключении тока в силовой цепи с переключением реверсора и тормозных переключателей. Это исключает возможность оперативного перехода без потери силы тяги и скорости движения. При работе в режиме независимого возбуждения повреждение одного из тяговых электродвигателей вызывает необходимость выключения всех тяговых электродвигателей секции электровоза, что при движении поезда критической массы на лимитирующем подъеме может привести к его остановке или недопустимому снижению скорости.
Задачей полезной модели является повышение тяговых и регулировочных свойств привода электровоза.
Поставленная задача решается тем, что в известном приводе, содержащем подключенные к обмоткам силового трансформатора выпрямительно-инверторные преобразователи, плюсовые выводы которых соединены с цепями выпрямленного тока, каждая из которых включает последовательно соединенные сглаживающий реактор, силовые контакты быстродействующего выключателя, якорь тягового электродвигателя, выход которого через первый нормально замкнутый в режиме тяги контакт тормозного переключателя и первый контакт реверсора соединен с входом обмотки возбуждения, выход которой через второй контакт реверсора и второй нормально замкнутый в режиме тяги контакт тормозного переключателя соединен с минусовым выводом выпрямительно-инверторного преобразователя; блок ослабления поля тягового электродвигателя, подключенный параллельно обмотке возбуждения, балластный резистор, соединенный с минусовым выводом выпрямительно-инверторного преобразователя через нормально разомкнутый в режиме тяги контакт тормозного переключателя и тиристорный возбудитель для питания обмоток возбуждения в режиме электрического торможения отличающийся тем, что каждая отдельная цепь выпрямленного тока, подключенная к индивидуальному выпрямительно-инверторному преобразователю и дополнительно содержащая включенную между первым нормально замкнутым в режиме тяги контактом тормозного переключателя и первым контактом реверсора цепь из последовательно соединенных контактов контактора последовательного возбуждения и блока диодов, выводы которого соединены с контактами контактора шунтировки, контактор защиты, включенный между вторым контактом реверсора и вторым нормально замкнутым в режиме тяги контактом тормозного переключателя; выход якоря через контакты контактора независимого возбуждения соединены с минусовым выводом выпрямительно-инверторного преобразователя, первый вывод тиристорного возбудителя подключен к выходу блока диодов в цепи первого в секции электровоза тягового электродвигателя, а второй вывод тиристорного возбудителя через контакты контактора возбуждения подключен к выходу контактов контактора защиты в цепи последнего в секции электровоза тягового электродвигателя, причем обмотки возбуждения всех тяговых электродвигателей секции при включенном контакторе возбуждения соединены последовательно.
Положительный эффект заключается в повышении тяговых и регулировочный свойств электровоза за счет возможности оперативного перевода работы тяговых электродвигателей с последовательного на независимое возбуждение и наоборот без разрыва цепи силового тока и исключения необходимости при работе в режиме независимого возбуждения выключения всех тяговых электродвигателей секции электровоза при аварийной ситуации.
Диод обеспечивает переход без бросков тока с независимого на последовательное возбуждение и не требует охлаждения, так как шунтируется в установившемся режиме последовательного возбуждения контактором шунтировки.
На чертеже показана силовая схема привода применительно к секции электровоза с четырьмя тяговыми электродвигателями.
К силовому трансформатору 1 подсоединены выпрямительно-инверторные преобразователи 2 (3, 4, 5) к плюсовым выводам каждого из которых подключены соединенные последовательно сглаживающий реактор 6 (7, 8, 9), силовые контакты быстродействующего выключателя 10 (11, 12, 13), якорь тягового электродвигателя 14 (15, 16, 17), первый контакт тормозного переключателя 18 (19, 20, 21), контакты контактора последовательного возбуждения 22 (23, 24, 25), блок диодов 26 (27, 28, 29), параллельно которому подключены контакты контактора шунтировки 30 (31, 32, 33), первый контакт реверсора 34 (35, 36, 37), обмотка возбуждения 38 (39, 40, 41), второй контакт реверсора 42 (43, 44, 45), контакты контактора защиты 46 (47, 48, 49), второй контакт тормозного переключателя 50 (51, 52, 53), блок ослабления поля тягового электродвигателя 54 (55, 56, 57), балластные резисторы 58 (59, 60, 61), контакты контактора независимого возбуждения 62 (63, 64, 65), тиристорный возбудитель 66, контакты контактора возбуждения 67.
Привод в режиме тяги работает следующем образом. В режиме независимого возбуждения замкнуты: силовые контакты быстродействующего выключателя 10 (11, 12, 13), контакты тормозного переключателя 18 (19, 20, 21) и 50 (51, 52, 53), контакты реверсора 34 (35, 36, 37) и 42 (43, 44, 45), контакты контактора защиты 46 (47, 48, 49), контакты контактора независимого возбуждения 62 (63, 64, 65), контакты контактора возбуждения 67.
Ток якоря 14 (15, 16, 17) протекает по цепи: плюсовый вывод выпрямительно-инверторного преобразователя 2 (3, 4, 5), сглаживающий реактор 6 (7, 8, 9), силовые контакты быстродействующего выключателя 10 (11, 12, 13), контакты контактора независимого возбуждения 62 (63, 64, 65), минусовый вывод выпрямительно-инверторного преобразователя. Ток обмотки возбуждения 38 (39, 40, 41) протекает по цепи: первый вывод тиристорного возбудителя 66, контакторы реверсора 34 (35, 36, 37) и 42 (43, 44, 45), контакты контактора защиты 46 (47, 48, 49), контакты контактора возбуждения 67, второй вывод тиристорного возбудителя 66.
В режиме последовательного возбуждения замкнуты: силовые контакты быстродействующего выключателя 10 (11, 12, 13), контакты тормозного переключателя 18 (19, 20, 21) и 50 (51, 52, 53), контакты реверсора 34 (35, 36, 37) и 42 (43, 44, 45),контакты контактора последовательного возбуждения 22 (23, 24, 25), контакты контактора шунтировки диода 30 (31, 32, 33), контакты контактора защиты 46 (47, 48, 49).
Ток якоря 14 (15, 16, 17) протекает по цепи: плюсовый вывод выпрямительно-инверторного преобразователя 2 (3, 4, 5), сглаживающий реактор 6 (7, 8, 9), силовые контакты быстродействующего выключателя 10 (11, 12, 13), первый контакт тормозного переключателя 18 (19, 20, 21), контакты контактора последовательного возбуждения 22 (23, 24, 25), контакты контактора шунтировки 30 (31, 32, 33), первый контакт реверсора 34 (35, 36, 37), обмотку возбуждения 38 (39, 40, 41), второй контакт реверсора 42 (43, 44, 45), контакты контактора защиты 46 (47, 48, 49), второй контакт тормозного переключателя 50 (51, 52, 53), минусовый вывод выпрямительно-инверторного преобразователя 2 (3, 4, 5); при необходимости подключается блок ослабления поля тягового электродвигателя.
Переход из режима независимого возбуждения на последовательное осуществляется в несколько тактов:
1 такт - включение контактора 22 (23, 24, 25);
2 такт - выключение контактора 62 (63, 64, 65);
3 такт - отключение контактора 67;
4 такт - включение контактора 30 (31, 32, 33), шунтирующего блок диодов 26 (27, 28, 29).
Переход из режима последовательного возбуждения на независимое:
1 такт - отключение контактора 30 (31, 32, 33);
2 такт - включение контактора 67 (подключение обмоток возбуждения к выводам возбудителя, на тиристоры которого подаются импульсы управления);
3 такт - включение контактора 62 (63, 64, 65);
4 такт - отключение контактора 22 (23, 24, 25);
Такие алгоритмы обеспечивают возможность оперативного перехода с одного вида возбуждения тяговых двигателей на другой без разрыва цепи тока якоря, переключения реверсоров и тормозных переключателей, т.е. при минимальном изменении силы тяги электровоза.
При аварийном режиме на коллекторе тягового электродвигателя независимого возбуждения для уменьшения длительности горения дуги, определяющей степень повреждения якоря, необходимо быстрое отключение источника питания не только цепи якоря, но и цепи обмотки возбуждения. Однако при групповом питании обмоток возбуждения от одного возбудителя в известных приводах и прототипе невозможно отключить ток возбуждения только поврежденного тягового электродвигателя. Приходится выключать все тяговые электродвигатели секции электровоза, что снижает его тяговые свойства. Настоящее изобретение позволяет обеспечить селективность защиты с локализацией поврежденного тягового электродвигателя.
Алгоритм работы защиты следующий:
При возникновении аварийного режима на коллекторе любого тягового электродвигателя, например, первого, срабатывает быстродействующий выключатель в цепи якоря и размыкаются силовые контакты 10. Ток якоря прерывается, но ток возбуждения не изменяется и если не принять меры к его быстрому отключению, то дуга на коллекторе будет продолжать гореть, усугубляя степень повреждения якоря. Поэтому после срабатывания быстродействующего выключателя подается сигнал на включение контактора последовательного возбуждения 22 и обмотка возбуждения 38 шунтируется цепью: контакты реверсора 34, 42, контакты контактора шунтировки 30, контакты контактора последовательного возбуждения 22, контакты тормозного переключателя 18, 50 и контакты контактора независимого возбуждения 62, контакты контактора защиты 46; токи возбуждения остальных тяговых электродвигателей продолжают протекать, минуя обмотку возбуждения первого, поврежденного, тягового электродвигателя по образовавшейся шунтирующей цепи; последующее выключение контактора защиты и размыкание его контактов 46 полностью локализует обмотку возбуждения от источника питания и ускоряет затухание магнитного потока тягового электродвигателя. Тем самым создаются условия для прекращения горения дуги на его коллекторе.
В случае исключения из силовой цепи электровоза контакторов защиты 46 (47, 48, 49), например, по условиям размещения электрооборудования в секции, эффективность защиты снижается, но наличие входящих в предмет изобретения контакторов последовательного возбуждения 22 (23, 24, 25), контакторов шунтировки 30 (31, 32, 33) и контактора возбуждения 67 позволяет ограничить длительность горения дуги переводом всех электродвигателей секции с независимого на последовательное возбуждение. При аварийном режиме на коллекторе первого тягового электродвигателя, срабатывает быстродействующий выключатель 10 с размыканием силовых контактов в цепи якоря, затем осуществляется переход на последовательное возбуждение всех тяговых электродвигателей осуществляется по ранее рассмотренному алгоритму в четыре такта:
1 такт - включение контактора 22 (23, 24, 25);
2 такт - выключение контактора 62 (63, 64, 65);
3 такт - выключение контактора 67;
4 такт - включение контактора 30 (31, 32, 33).
Второй такт обязателен, так как в противном случае при включенном контакторе 22 образуется разрядный контур электромагнитной энергии, запасенной в главных полюсах тягового электродвигателя, приводящей к замедлению затухания магнитного потока и, соответственно, к увеличению длительности горения дуги на коллекторе.
Таким образом, при исключении из силовой схемы контакторов защиты 46 (47, 48, 49), длительность горения дуги при аварийном режиме на коллекторе любого из тяговых электродвигателей можно ограничить переводом всех тяговых электродвигателей секции с независимого на последовательное возбуждение.
В режим электрического (рекуперативного) торможения схема электровоза переходит штатно при постановке главной рукоятки контроллера машиниста электровоза в положение «рекуперация» со снятием тяги и с переключением реверсоров.