ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
TRACTION MOTOR DRIVE FOR TRANSPORT FACILITY

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 транспортного средства, содержащий тяговые двигатели постоянного тока последовательного возбуждения, которые посредством преобразователей постоянного напряжения через входной LC-фильтр подключены к источнику питания, сглаживающие реакторы, включенные последовательно с якорными обмотками тяговых электродвигателей, балластные резисторы с контакторами шунтировки, тормозные резисторы, соединенные последовательно с силовыми полупроводниковыми ключами, и регуляторы тока возбуждения (В.Д. Тулупов. «Эффективность электроподвижного состава с импульсным управлением». Железнодорожный транспорт, 1994 г., с. 49-50, рис.6).
К недостаткам известного тягового электропривода следует отнести невысокую надежность из-за наличия большого количества контакторной аппаратуры и относительной сложности средств регулирования скорости подвижного состава.
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, тяговые электродвигатели 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, 23.12.2005).
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 заключается в повышении надежности работы тягового электропривода, 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 тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения, подключенные к выходу двух последовательно соединенных регулируемых тиристорных выпрямителей, параллельно обмоткам возбуждения тяговых электродвигателей через контакторы включены блоки резисторов, при этом входы управления контакторов и входы управления регулируемых тиристорных выпрямителей подключены к соответствующим выходам контроллера, к выходу каждого регулируемого тиристорного выпрямителя в обратном направлении включены диоды, а силовые входы регулируемых тиристорных выпрямителей подключены к отдельным трехфазным генераторам переменного напряжения, механически связанными с тепловыми двигателями, входы управления тепловых двигателей и входы возбуждения трехфазных генераторов подключены к соответствующим выходам контроллера.
На чертеже представлена схема тягового электропривода транспортного средства.
Тяговый электропривод транспортного средства содержит тяговые электродвигатели 1 и 2 постоянного тока последовательного возбуждения. На чертеже показаны два тяговых электродвигателя, в общем виде число двигателей равно числу движущих колесных пар транспортного средства. Тяговые электродвигатели 1 и 2 постоянного тока последовательного возбуждения подключены к выходу двух последовательно соединенных регулируемых тиристорных выпрямителей 3 и 4, параллельно обмоткам возбуждения 5 и 6 тяговых электродвигателей 1 и 2 через контакторы 7 и 8 включены блоки резисторов 9 и 10, при этом входы управления контакторов 7 и 8 и входы управления регулируемых тиристорных выпрямителей 3 и 4 подключены к соответствующим выходам контроллера 11, к выходу каждого регулируемого тиристорного выпрямителя 3 и 4 в обратном направлении включены диоды 12 и 13, а силовые входы каждого регулируемого тиристорного выпрямителя 3 и 4 подключены к отдельным трехфазным генераторам переменного напряжения 14 и 15, механически связанными с тепловыми двигателями 16 и 17, при этом входы управления тепловых двигателей 16 и 17 и входы возбуждения трехфазных генераторов 14 и 15 подключены к соответствующим выходам контроллера 11.
Тяговый электропривод транспортного средства действует следующим образом.
Тяговые электродвигатели 1 и 2 постоянного тока последовательного возбуждения, в общем виде число тяговых электродвигателей равно числу движущих осей транспортного средства, получают питание от двух последовательно соединенных регулируемых тиристорных выпрямителей 3 и 4, выполненных по трехфазной мостовой схеме выпрямления.
Регулирование скорости транспортного средства осуществляется путем изменения выпрямленного напряжения, подводимого к тяговым электродвигателям 1 и 2. При последовательном соединении выходов регулируемых тиристорных выпрямителей 3 и 4 напряжение, прикладываемое к тяговым электродвигателям 1 и 2, определяется выражением:
d
d1
d2
U=U+U,
d1
d2
где U - напряжение на выходе регулируемого тиристорного выпрямителя 3; U - напряжение на выходе регулируемого тиристорного выпрямителя 4.
Выпрямленное напряжение на выходе любого из регулируемых тиристорных выпрямителей 3 или 4 с включенными в обратном направлении диодами 12 или 13, определяется выражением:
d
d0
U=Ucosα (при α<60°),
d
0
U=Ud(1-sin(α-30°)) (при 60°≤α≤120°),
d0
л
л
где U=2.34U, U - линейное напряжение на выходе трехфазного генератора переменного напряжения (14 и 15).
d0
d0
Диапазон изменения выходного напряжения каждого регулируемого тиристорного выпрямителя 3 и 4 при изменении контроллером 11 угла управления α от 120° до 0° составляет величину от 0 до U, a напряжение, прикладываемое к тяговым электродвигателям 1 и 2, соответственно изменяется от 0 до 2U.
Управляющие сигналы (углы α) на входы управления регулируемых тиристорных выпрямителей 3 или 4 поступают от контроллера 11, на вход которого подается сигнал от задатчика режима движения транспортного средства (на чертеже не показан).
Контроллером 11 задают также режим работы тепловых двигателей (например, дизелей) 16 и 17, вплоть до запуска или остановки любого из них.
При работе транспортного средства на малых скоростях движения контроллером 11 задают режим работы тепловых двигателей 16 и 17, например тепловой двигатель 16 включен и работает на заданной частоте вращения, при этом от контроллера 11 получает возбуждение связанный с тепловым двигателем 16 трехфазный генератор переменного напряжения 14, его выходное напряжение выпрямляется регулируемым тиристорным выпрямителем 3 и подается на тяговые двигатели 1 и 2. Тепловой двигатель 17 остановлен, соответственно на выходе связанного с ним трехфазного генератора 15 напряжение отсутствует, регулируемый тиристорный выпрямитель 4 закрыт. Для обеспечения цепи протекания тока нагрузки тяговых электродвигателей 1 и 2 служит автоматически открывающийся диод 13. В случае когда первым включается в работу тепловой двигатель 17, а тепловой двигатель 16 отключен, для обеспечения соответствующей цепи протекания тока нагрузки тяговых электродвигателей 1 и 2 служит автоматически открывающийся диод 12.
d
d0
В случае необходимости увеличения скорости движения транспортного средства после полного открытия регулируемого тиристорного выпрямителя 3 и достижения напряжения, приложенного к тяговым электродвигателям 1 и 2 величины U=U, контроллер 11 дает сигнал на включение теплового двигателя 17, при достижении тепловым двигателем 17 заданной частоты вращения от контроллера 11 получает возбуждение связанный с тепловым двигателем трехфазный генератор переменного напряжения 15, его выходное напряжение выпрямляется регулируемым тиристорным выпрямителем 4, под его действием закрывается диод 13 и на тяговые двигатели 1 и 2 подается напряжение, равное сумме выпрямленных напряжений регулируемых тиристорных выпрямителей 3 и 4 (диоды 12 и 13 в этом режиме закрыты).
d
d1
d2
U=U+U
d
d0
После того как полностью откроется регулируемый тиристорный выпрямитель 4, напряжение, приложенное к тяговым электродвигателям 1 и 2, достигнет максимальной величины, равной U=2U.
Порядок включения и отключения в работу тепловых двигателей 16 и 17 определяется контроллером 11 таким образом, чтобы обеспечить их равномерную загрузку (равномерный износ).
Для расширения диапазона скоростей движения транспортного средства в тяговом электроприводе предусмотрены блоки резисторов 9 и 10, подключаемые по сигналу контроллера 11 посредством контакторов 7 и 8 параллельно обмоткам возбуждения 5 и 6 тяговых электродвигателей 1 и 2, обеспечивая тем самым ослабление возбуждения тяговых электродвигателей 1 и 2.
Таким образом, тяговый электропривод транспортного средства обладает высокой надежностью, обеспечивает экономичность работы транспортного средства как при номинальной нагрузке, так и при малых нагрузках.
Тяговый электропривод транспортного средства реализован на опытном образце маневрового двухдизельного тепловоза и показал хорошие результаты.